최근 자동차의 기술이 급격한 발달로 인해 차량의 친환경성, 경량화, 안정성, 고성능 등 기술 개발이 큰 주류를 이루고 있다. 특히 차량의 고출력화 고속도화 기술 발달로 차량의 안정성에 대한 소비자들의 요구가 증가하여 안전부품에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, 브레이크 시스템이 가장 부각되어지고 있다.
브레이크 시스템은 운전자의 안전한 주행에 필수적이며 더불어 브레이크 시스템의 오작동이나 고장은 탑승자의 부상 또는 사망을 포함하는 심각한 사고를 발생시킬 수 있다. 특히, 차량의 중량이 큰 트럭이나 고성능 차와 같은 차량이 긴 경사로 내려갈 때나 급 제동 및 반복 제동 시 발생하는 마찰열로 인한 디스크 온도 상승이 커 드럼과 슈 또는 디스크와 패드에 마찰열이 축적되어 드럼이나 라이닝이 경화되어 제동력이 감소하는 페이드 현상(Fade Phenomenon), 열변형, 열크랙, 져더(Judder) 스퀄(Squeal)등의 문제로 제동력을 감소시킨다.
따라서, 차량의 안전한 제동력을 유지하기 위해서는 소모품인 브레이크 패드를 정기적으로 교환을 해주어야 한다. 그러나 운전자가 직접 정비를 하기에는 브레이크 패드의 위치가 차량의 바퀴 내측에 있어 브레이크 패드 마모 상태를 육안으로 확인하기 힘들어 차량의 운전자는 안내서에 제시한 일정 주행거리에 마모량을 비례시켜 일정 주행거리마다 정비 업체에 방문하여 점검을 해야 한다. 그러나 운전자마다 운전 습관 및 브레이크 사용량이 다르며 브레이크 패드 재질 별 제조회사마다 마모 특성이 달라 마모량을 주행거리에 비례하는 방법은 적절하지 못한다.
이를 해결하고자 운전자가 실시간으로 브레이크 패드 마모량을 확인하여 브레이크 패드가 한계점 도달 전에 점검을 하여 큰 사고를 예방할 수 있는 기술 개발들이 진행돼 왔다. 그러나 차량의 고속화 및 고성능화로 차량의 중량, 운행속도가 증가하면서 제동 시 발생하는 마찰열에 의한 디스크 온도 상승이 600℃ 이상이 발생하여 브레이크 패드와 결합된 센서의 수명에 영향을 미친다.
이에 본 논문에서는 기존의 브레이크 패드 마모 및 디스크 온도 실시간 모니터링 센서의 내열 특성을 개선하여 디스크 온도가 600℃ 이상의 고온 환경에서도 사용 가능한 브레이크 패드 마모 및 디스크 온도 실시간 모니터링 센서를 제안한다. 열전도율을 최소화시키기 위해 적용한 가공에 의한 브라켓 및 샤프트의 내구성을 확인하고자 구조해석을 수행하여 구조적 안정성을 확보 하였으며, 제안한 열전달 이론적 배경을 입증하고자 열전달 시뮬레이션 및 고온 실험을 통해 각 모델 형상별 센서로의 온도 분포 영향을 확인하였다.
또한, 실용성 및 신뢰성을 입증하기 위해 다이나모미터 시험을 통해 디스크 온도가 729℃ 상승하여도 센서가 적상 동작함을 확인하였으며, KS R 1034 자동차 부품 진동 시험 방법을 기준으로 시행한 내진동성 시험을 통해 중력가속도 9g의 환경에서도 센서의 내구성을 확인하였다.