생각보다 기술적인 완성도가 중요한 전자식 파워 스티어링
요새 자동차 시장에서 핫한 이슈 두 가지가 있습니다. EPS(MDPS)와 CTBA 입니다. EPS는 전자식 파워 스티어링휠의 약자이고 CTBA는 커플드 토션빔 액슬의 약자입니다.
EPS는 일부 국내차종에서 핸들을 돌렸는데 바퀴가 돌아가지 않는 이슈, CTBA는 염가의 서스펜션이 고급차종에 쓰였다고 구설수에 오르고 있습니다.
두 가지 모두 샤시 관련 부품이라 제 담당분야가 아니긴 합니다만... 어쨋던 포스팅에서 다루었었었드랬지요.
EPS는 무인자동차 시대에 꼭 필요한 부품이고, CTBA를 포함한 모든 서스펜션은 차량 셋팅에 따라 품질이 달라질 수 있다라고 정리했었습니다.
이번 글에서는 이 두 가지 중 EPS를 조금 깊게 다루어 보도록 하겠습니다. (깊은 내용이라니, 자료 조사와 정리의 무한반복이로군요 -_-;;;)
유압식? 전자식? 파워 스티어링 휠에 대한 궁금증을 풀어보자 - 위저드아이언
EPS는 기존의 유압 파워스티어링을 대체하는 시스템입니다. 지금까지는 (바퀴가 연결되어) 무거운 핸들을 쉽게 돌리기 위해 유압의 보조를 받아왔습니다만, 시스템이 복잡하고, 펌프구동을 위한 동력손실이 있는 관계로 점차 EPS로 대체되어 가고 있는 중입니다. 유압 대신 모터를 사용하고, 이를 전자적으로 컨트롤하는 시스템을 가지고 있습니다.
모터 장착에 자유도가 높은 관계로 어디에 모터가 달리느냐에 따라 두 가지 방식으로 나뉩니다. 만약 핸들에 연결된 막대기, 컬럼에 모터가 붙으면 C-EPS, 두 바퀴가 연결된 막대기, 랙에 모터가 붙으면 R-EPS로 구분됩니다.
간혹 컬럼과 랙 사이의 기어, 피니언에 붙는 경우도 있는데, P-EPS라고 불립니다만, 큰 개념으로는 R-EPS와 동일하다고 보시면 됩니다.
C-EPS의 경우 단가가 가장 저렴합니다. 이미 바퀴의 조향력이 피니언을 거쳐 작아져 있기 때문에 작은 모터로도 시스템 구축이 가능합니다.
하지만 모터의 회전이 바퀴에 직접 전달되지 않고 피니언을 거쳐야 하므로 조향 반응이 느리고 이는 운전자에게 이질감이 되어 돌아오지요. 돌렸는데, 한 박자 늦은 느낌이 들거나 의도한 만큼 바퀴가 돌아가지 않았다고 느껴지는 것도 모터의 힘이 바퀴로 바로 전달되지 못해서 일어나는 현상입니다. (주행시 운전자에 의한 보타가 자주 필요하다는 언급들이 나오는 이유이기도 합니다.
이를 개선한 방식이 바로 R-EPS입니다. 모터 랙에 붙어 회전력을 직접 서포트 하기 때문에 이질감이 거의 없고 의도한 대로 조향이 가능합니다.
다만 무거운 바퀴를 직접 돌리기 때문에 더 큰 모터가 필요하고, 쉽게 과열되므로 냉각을 위한 추가 안전장치들이 필요해집니다. 물론 C-EPS에 비해 시스템의 가격도 더 비쌉니다.
하지만 두 가지 방식 모두 기본적으로 전자식입니다. 기계식인 유압식과 달리 모터를 컨트롤 하기 위한 제어모듈이 필요합니다. 단순한 전자식 어시스트인 것 같지만 실제로는 아래의 매개변수를 바탕으로 조향각을 조절해주는 알고리즘이 필요합니다.
위의 예만 보더라도 자그마치 20개에 해당하는 값들을 연산해야 합니다. 조향은 타이어와 서스펜션의 상태에 영향을 받기 때문에 복잡한 알고리즘이 요구됩니다.
따라서 EPS의 성능은 EPS의 컨트롤러에 많이 좌우되는 편입니다. C-EPS라도 알고리즘이 좋으면 평타치는 품질을 낼 수 있고, R-EPS라도 알고리즘이 나쁘면 그럭저럭의 성능을 낼 수 있는 셈이지요. (언급된 대로 기계적으로는 R-EPS가 더 유리한 시스템입니다)
품질이 소프트웨어에 많이 좌우된다 하더라도 역시 결함에 가장 큰 영향을 끼치는 부분은 하드웨어지요. 바로 모터입니다. 자동차는 끊임없이 회전하기 때문에 모터 역시 끊임없지 작동해야 합니다.
그런데 4륜 미니카를 오래 틀어놓으면 모터가 뜨끈뜨끈해지는 경험들, 다들 해 보셨지요? (제가 자주 드는 사례입니다) 모터가 계속 회전하게 되면 열이 발생되게 되고 최악에 경우 발열로 인해 모터가 타버리는 일이 발생합니다. 모터의 도움을 받지 못하는 스티어링은 그냥 헬오브 헬이지요. 논파워 스티어링 상태로 돌아가게 되면서 거의 조향불능에 빠지게 됩니다.
때문에 모터에 들어가는 입력전류는 ECU를 통해 계속 모니터링 하고, 문제가 발생하게 되면 강제로 컷오프를 시키는 안전장치가 마련되어있습니다. 안전장치도 당연하지만 중요한 건 모터 자체가 과열까지 가지 않아야겠지요. 반드시 성능 좋고 신뢰성 높은 모터가 사용되어야 합니다.
결국 EPS는 시스템의 안정적인 구성, 제어 소프트웨어 그리고 부품의 기계적인 신뢰성 세 가지가 모두 받쳐 주어야 제대로 된 성능이 나올 수 있습니다.
현재 국내에서 문제를 보이는 대부분의 시스템은 C-EPS입니다. 위의 3박자가 모두 불리한 상태에서 발생하는 결함으로 예상되는데요. 만일 C-EPS (C-MDPS) 의 공급업체가 어디인지, 그리고 고급차종에 쓰이는 R-EPS(R-MDPS)의 공급업체가 어디인지 알 수 있다면 재미난 결론을 낼 수 있을 것 같습니다.
직감적으로 C 타입은 국내업체, R 타입은 해외 업체일 것으로 예상됩니다....
* 업데이트 내용 - 현대의 MDPS는 C 타입, R 타입 모두 모비스/만도의 제품이라는 제보가 있었습니다. 부품사가 국내 업체이므로 해외업체 대비 기술력이 부족하다고 단순히 결론내리기는 힘들겠군요. 그렇다면 과연 '부품의 기계적인 신뢰성' 하드웨어의 문제로 봐야 할까요....?
'차와 자동차 회사 > 자동차 기술' 카테고리의 다른 글
| 미세먼지의 원흉으로 지목된 억울한 디젤차, 왜 문제가 되는 걸까 (44) | 2016.05.23 |
|---|---|
| 풋브레이크보다 더 자주 쓰이는 상용차의 리타더 브레이크 (8) | 2016.03.14 |
| 스털링 엔진, 외연기관 엔진이 자동차에 달린 적이 있다고요? (15) | 2016.02.23 |
| 세계 최대의 자동차에서 비행기까지 놀라운 타이어의 세계 (8) | 2016.02.16 |
| 전기차와 수소차 같은 친환경 차량은 과연 친환경이라고 할 수 있을까 (32) | 2016.02.11 |
| 친환경 차량으로 꼽히는 수소차가 도대체 뭐지? (2) | 2016.02.02 |
| 차량의 차축은, 어떻게 돌면서 방향도 바꾸어 줄까? (10) | 2016.01.13 |
| 전기차의 리튬이온 전지 용량이 mAh가 아니라 kWh 인 이유 (3) | 2015.12.28 |
| 급발진의 대안이 될 수 있는 수동변속기, 손잡이는 어떤 메커니즘을 가질까 (14) | 2015.11.23 |
| 자동차, 비행기, 기차, 배에 달린 여러 종류의 와이퍼들 (2) | 2015.11.20 |
