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
The sequence of events that make up the testing process is often the same, whether it is a new brake system or an existing one. The vehicle to test is secured on the chassis dynamometer, then it is cycled across a range of speeds and brake conditions all under the various environmental conditions specified by Ford engineers. Ford also provides prototype and real-world data that is needed for correlation with chamber and environment simulation. From this point, it becomes an iterative process that requires close collaboration between MSC and Ford. 

At any given time, MSC may have two to three vehicles in various stages of testing, running the gamut of its environmental and performance parameters. This cycle through extremes generates a mass of data that is then provided to Ford, who makes adjustments based on that data. The close working relationship is important because the vehicle might be back the next day with a new set of test parameters. And this cycle of exchange and test continues until that ideal quiet brake is achieved.

The product
In the end, everyone benefits when things work like they should. The end user enjoys coming safely to a nice quiet stop without ever having to think about what is going on between the brake pad and disc. And MSC and Ford benefit from the results of having satisfied their respective customers. The return on investment for accurate, quality data and the determination to maintain stringent testing standards is well worth the price. 


Ford Motor Company
Based in Dearborn, Michigan, Ford Motor Company designs, manufactures, markets and services a full line of cars, trucks, SUVs, and electrified vehicles, and they are in a constant process of improving and refining their entire line and developing new vehicles. This means they are constantly working with new materials and designs that must adhere to their strict standards for functionality and noise.