소음은 이제 그만

미시건 주 캔톤에 위치한 Material Sciences Corporation (MSC)은 재료, 엔지니어링 서비스 제공 업체로 주로 경량, 음향 및 코팅 된 금속 솔루션을 위한 혁신적인 솔루션을 개발하고 있습니다. 자동차에서 가전 제품에 이르기까지 광범위한 산업과 시장에 제품과 서비스를 제공합니다.

“차량이 훌륭하게 운행되고, 브레이크도 완벽하게 작동해도 고객은 브레이크가 삐걱 거리면 워런티를 확인하고 가능한 빨리 차량을 서비스센터에 가져 가야합니다”
찰리 에반스, 브레이크 엔지니어, 포드 자동차

60년대 르망 24시에서 우승한 GT40 대를 잇는 세련된 슈퍼카 포드 GT 신호등 앞에 멈춰 섭니다. 운전자와 보행자들은 낮고 듣기 좋게 웅웅거리는 엔진 소리를 가만히 듣고 있습니다. 그러자 포드 갤럭시가 GT 옆에 섭니다. 신호가 바뀌기를 기다리는 동안 부모는 자녀에게 지금부터 40 동안 얌전히 있지 않으면 내버려두고 집에 간다고 꾸짖습니다. 자동차는 완전히 상반된 종류의 모델이지만 단순히 4 구동인 외에도 여러 가지 공통점을 가지고 있습니다. 일단 신호를 기다리는 동안 자동차에서 들을 있는 소리는 자동차 자체에서 나올 수밖에 없는 소리뿐입니다. GT 경우, 매우 신중하게 설계된으르렁거리는 소리와 부모와 자녀가 나누는 대화 소리뿐입니다.
 
한편 브레이크는 매우 효율적으로 설계되어 소음이 나지 않습니다. 브레이크는 자동차의 필수 부품이지만 운전자가 눈에 띄는 곳에 두고 싶어하는 부품은 아닙니다. 브레이크의 역할은 그저 비나 진눈깨비, 눈이 혹은 찌는 듯한 더위나 얼어붙을 듯한 추위가 닥치면 조용하고 효과적으로 작동하는 것입니다. ‘끼익하는 아주 작은 소리 하나 없이 자동차가 멈추어야 합니다. 

MSCs climate-controlled semi-anechoic test chamber can transform a comfortable room temperature into a humid –15 °C, then with a series of hard stops jack up the brake temperature to 300 °C – in under 24 hours

“포드는 MSC가 갖춘 시험 분야 전문성을 선호합니다. 양질의 데이터는 필수적입니다. 소음 레벨이 0이어야 하는 경우, 데이터에서 눈에 띄는 모든 요인을 파악하고 해결해야 합니다.”
찰리 에반스, 브레이크 엔지니어, 포드 자동차

MSC 포드 같은 자동차 주문생산(OEM) 업체와 협력하여 브레이크 생산에 사용될 재료가 표적시장의 요구를 충족시키도록 합니다. 그러한 요구사항에는 수송용 , 가족용 밴의 경우 내구성, 중장비 트럭의 경우 무게를 견디기 위해 정차 필요한 스토핑 파워 등이 포함됩니다. 차량 실내 공간에 소음을 1데시벨도 발생시키지 않아야 합니다

MSC 실제 주행 환경을 시뮬레이션하기 위해 정교하게 설계된 다양한 장비와 더불어, 브레이크 소음 시험 서비스를 포드에게 제공하고 있습니다. MSC 포드의 요구에 따라 모든 브레이크 소음을 기록하고, 포드는 표적시장의 요구에 맞추어 주어진 데이터를 조절합니다.”
머피, VP 엔지니어링 솔루션 Material Sciences Corporation

A major challenge
모터 자동차는 우리가 생각할 있는 모든 환경에서 사적 · 상업적 용도로 사용되고 있습니다. 재료와 부품에 인가되는 응력은 주어진 환경 조건에 따라 천차만별입니다. 영상 45도에서 영하 45 °C 이르는 온도와 0%에서 100% 이르는 습도의 환경에서 주행을 하거나 제동을 하는 경우, 상기한 조건이 브레이크 부품에 미치는 영향은 매우 다양합니다. 따라서 해당 부품들은 가능한 모든 환경 조건에서 시험을 거쳐야 합니다 

포드는 업계에서 매우 오랜 역사를 가진 회사입니다. 포드는 브레이크 소음 문제들이 보고될 때마다 당시 기후 조건과 위치를 추적해 왔습니다. 그러므로 잠재적인 문제들이 발생할 만한 상황과 원인을 대략 파악하고 있습니다. 브레이크 소음은 기후가 안정되고 평온한 환경에서 발생하는 것이 아니라, 온도와 습도가 극단적으로 빠르게 변화하는 환경에서 발생합니다. 또한 옥외 시험을 편리하게 실시할 있는 환경이 아니라, 대다수의 시험 기관에서 시뮬레이션하기 매우 까다로운 환경입니다.

MSC 부설 연구소(시험기관) 그러한 환경과 거리가 멉니다. 기후조건(온습도) 통제되어 있어 24시간 이내에 쾌적한 실온에서 습한 영하 15℃의 환경으로 바꿀 있는 반무반사실에서 4륜차 섀시 동력계를 통해 시험을 실시합니다. 그리고 나서 자동차를 여러 급정거 시켜서 브레이크 온도를 300℃까지 증가시킵니다. 이러한 시험은 최대 이틀 동안 번도 멈추지 않고 진행할 있습니다. 이렇게 극단적인 환경에서 사용되는 측정 장비는 주어진 환경 조건을 견뎌야 아니라, 정확하고 신뢰할 있는 데이터를 지속적으로 제공해야 합니다. MSC 이러한 시험 조건을 만족시키기 위해 LINK 동력계를 Brüel & Kjær에서 생산한 PULSE™ LabShop 소프트웨어, LAN-XI 데이터수집 모듈과 함께 이용합니다. 장비들을 이용하여 5~6 채널을 갖춘 모든 4륜차를 동시에 측정할 있습니다.

The process
새로 구한 브레이크 시스템이든 기존의 브레이크든 시험 과정에 필요한 일련의 단계들은 대체로 동일합니다. 시험 대상인 자동차를 섀시 동력계에 장착하고, 포드 엔지니어들이 미리 정해 놓은 여러 가지 환경 조건에서 다양한 속도와 브레이크 조건들을 걸어 두고 여러 번의 주행을 실시합니다. 포드는 챔버와 환경 시뮬레이션과의 상관관계를 파악하기 위해 프로토타입 데이터와 실제 데이터를 제공합니다. 단계를 완료하고 나면 MSC 포드는 긴밀하게 협력하여 시험을 계속 진행합니다

MSC 시험 단계별로 각종 환경과 성능 파라미터를 기준으로 삼아 2~3대의 자동차들을 시험할 있습니다. 극단적인 환경 조건에서 차량을 주행시키면 대량의 데이터를 얻을 있습니다. 데이터를 포드 측에 전달하면, 포드에서는 데이터를 바탕으로 하여 여러 가지 조절을 진행합니다. 다음 날이면 시험 대상인 자동차에 새로운 시험 파라미터들이 생길 수도 있기 때문에, 회사가 긴밀하게 협조해야 합니다. 회사는 원하는 브레이크 소음 수준에 달성할 때까지 데이터를 상호 교환하고 시험을 진행합니다.

The product
결국 모든 일이 계획대로 진행되면 모두가 이득을 얻을 있습니다. 최종 사용자는 브레이크 패드와 디스크 사이에 무슨 일이 벌어지는지 생각할 새도 없이 안전하고 조용하게 정차할 있습니다. MSC 포드는 각자의 고객을 만족시키는 결과를 통해 이익을 얻게 됩니다. 정확한 양질의 데이터를 확보한 대가로 얻는 투자 수익과, 엄격한 시험 기준을 계속 만족시키고자 하는 의지가 바로 그러한 이익입니다 


Ford Motor Company
포드 모터 회사는 미시건주 디어본에 본사를 두고 있습니다. 각종 자동차, 트럭, SUV, 전기자동차의 설계·생산·유통·유지 보수를 전문으로 하고 있습니다. 제품군을 지속적으로 개선·개량하면서 새로운 자동차를 개발합니다. 기능성과 소음 측면에서 엄격한 기준을 철저히 준수하는 새로운 재료와 설계를 지속적으로 활용하고 있습니다