조향장치, 유압식과 전동식(EPS, MDPS) 파워 스티어링 시스템이란 무엇인가?

조향장치, 유압식과 전동식(EPS, MDPS) 파워 스티어링 시스템이란 무엇인가?

조향장치란?

조향장치의 구조

조향장치란 자동차의 바퀴가 굴러가는 방향을 조종하는 장치로 스티어링 시스템(Steering System)이라고도 한다. 간단하게 설명하자면 핸들에서부터 바퀴까지 이어지는 부품들이 조향장치에 해당한다. 위 그림을 바탕으로 1. 핸들 2. 조향축 3. 랙 앤드 피니언 기어 4. 타이로드 5. 너클암 등의 부품으로 이루어져 있다.

조향장치의 원리

운전자가 핸들을 돌리게되면 핸들에 연결된 조향축이 회전하게 되고 그 끝에 달린 피니언 기어가 회전하게 된다. 피니언 기어는 랙 기어와 톱니가 맞물려있어 핸들의 회전 운동을 왕복운동으로 변환하여 좌우로 움직인다. 이렇한 랙의 움직임은 타이로드에 전달되고 다시 너클암에서 최종적으로 바퀴의 방향을 바꾼다. 자동차에서 축을 중심으로 회전하는 부품은 암, 밀거나 당기는 부품은 로드라고 한다.

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유압식과 전동식 파워 스티어링 시스템이란?

파워스티어링 VS 전동식 파워 스티어링

조향장치는 크기 기계식과 파워 스티어링 시스템으로 나눌 수 있으며 파워 스티어링은 다시 유압식과 전동식으로 분류된다. 기계식은 현재는 거의 쓰이지 않는 방식이다. 자동차의 무게는 적게는 수백킬로그램에서 많게는 2,000킬로그램이 넘는다. 이렇게 거대한 하중을 받고 있는 타이어는 지면과 상당한 마찰력을 가지고 있어 핸들을 돌릴 때 상당한 힘을 요구하게 되는데 기계식은 그런 점에서 불편하다.

자동차는 속도가 빨라질수록 타이어의 회전으로 마찰이 작아져 핸들을 돌리기가 수월해지지만 느린 속도 또는 주차시에는 엄청난 힘을 필요로 한다. 그래서 그 힘을 보조하여 적은 힘으로도 핸들을 쉽게 돌릴 수 있게 하기위해 기계식에 파워 스티어링 시스템이 장착되게 된 것이다.

파워 스티어링 시스템에는 유압식과 전동식이 있다. 유압식은 랙의 일부에 피스톤을 설치하고 랙의 케이스 중 일부를 실린더로 만들어 활용하는 방식이다. 그리고 엔진의 힘으로 파워 스티어링 펌프라는 유압 펌프를 작동하여 만들어 낸 유압으로 핸들의 조작을 보조한다. 유압 펌프를 작동하여 만들어 낸 유압은 핸들이 회전하는 방향의 실린더로 보내져 피스톤을 밀어서 힘을 보조를 하게되고 피스톤의 반대쪽에서는 유압이 회수된다.

유압식 파워 스티어링 휠의 구조

이렇게 유압식은 핸들의 움직임을 유압의 힘으로 보조하여 도움을 주었지만 부품이 많이 들어가기 때문에 무겁고 가격이 비싸다. 그리고 엔진의 힘으로 유압 펌프를 가동해야하고 항상 작동되기 때문에 동력손실과 연비 저하를 초래한다. 이러한 단점을 보완하여 출시된 것이 바로 전동식 파워 스티어링 시스템이다. 

EPS(MDPS)는 ECU, 모터, 센서 등으로 이루어져 있다.

전동식 파워 스티어링 시스템은 EPS(Electronic Power Streeing)라고 하는데, 현대에서는 자신들만의 용어로 바꿔 MDPS(Motor Driven Power Streering)라고 한다. 전동식 파워 스티어링 시스템은 유압이 아닌 전기모터의 힘으로 핸들을 돌리는 힘을 보조한다. 핸들 또는 조향축에 설치된 조향각 센서라는 회전 각도 센서의 정보와 속도 등의 정보를 바탕으로 차량 제어 장치(ECU)에서 최적의 힘을 계산해서 모터에 지시를 내린다.

C-EPS와 R-EPS, P-EPS

EPS에는 조향장치에 전동식 모터와 차량제어장치가 추가되고 모터가 장착되는 위치에 따라 C-EPS(C-MDPS), R-EPS(R-MDPS), P-EPS 등으로 나뉘는데 다음 포스팅에서는 전동식 파워 스티어링의 종류-C-MDPS와 R-EPS를 중심으로-와 장·단점 등에 대해서 알아보겠다.

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