조향 장치의 기초 : 정의 및 종류, 매커니즘, HPS, EPS

1. 정의

자동차의 운전방향을 설정하는 장치

크게 스티어링 휠(핸들), 컬럼, 랙 & 피니언으로 구성되어 있다. 이외에도 펌프, 모터, 브라켓, 오일 탱크, 유압실린더, 유니버셜 조인트 등 다양함 부품이 구성됌.

 

1 : 스티어링 휠(핸들) > 운전자가 방향을 조작하는 부분

2 : Column > 핸들과 유니버셜 조인트로 연결되어 있다.

3 : 랙 & 피니언 > 핸들의 회전운동을 rack의 직선 운동으로 전환

4,5 : 타이어와의 링크 > 랙의 움직임을 타이어에 전달

 

 

- 랙 & 피니언 > 스티어링 휠의 회전운동을 직선운동으로 변환 > 회전하는 부분 : 피니언 / 직선운동하는 부분을 랙

 

 

- 유니버셜 조인트 : 회전하는 링크들을 연결하는 조인트. 특징으로는 연결되는 두 링크들의 각도가 변해도 동일하게 회전을 유지할 수 있다. > 연결되는 링크들이 30도, 60도, 90도 등 다양한 각도로 연결되어 회전할 수 있다.

 

 

 

2. 매커니즘

사람이 스티어링 휠을 회전 > 스티어링 휠과 연결되어있는 Column이 회전 > Column끝에 있는 피니언 회전 > 렉이 수평으로 이동

 

1) 수동조향

랙 앤 피니언을 사람의 팔의 힘만으로 회전시키는 구조 > 피곤하고 사람에게 많은 무리

 

 

2) HPS(유압조향) : Hydraulic Power steering

사람 팔의 힘을 덜어주기 위해 펌프를 돌려 유압을 발생시키고 조향 방향에 따라 그 방향으로 유압을 이용해 사람의 힘을 보조. 모터는 엔진의 출력을 사용해서 사용. > 엔진의 출력을 이용하기 때문에 연비가 낮아지는 단점.

 

 

3) EHPS(전동 유압 조향) : Electirc Hydraulic Power steering

펌프를 돌릴 때 엔진의 출력이 아닌 모터를 추가로 설치하여 그 모터를 활용해 펌프를 돌리는 방식의 조향장치. 엔진의 출력을 감소시키지는 않았지만 모터를 추가로 달았기 때문에 구조가 복잡해지고 비용이 증가

 

 

4) EPS(전동조향) = MPDS : electric power steering = MDPS : Motor Driven Power Steering

유압 발생을 위한 펌프를 제거하여 모터를 이용해 직접 사람의 힘을 보조하는 방식의 조향 장치. 모터가 부착되는 위치에 따라 C-EPS(Column)와 R-EPS(rack)존재.

유압을 이용하기 위해 필요했던 펌프, 배관 등의 부품들을 제거할 수 있어서 구조가 단순화.

 

(1)C-EPS : Column

스티어링 휠 아래 부분의 기둥에 모터를 설치한 EPS. 동력전달장치, 현가장치 등 다양한 샤시부품들이 존재하는 프레임이 아닌 스티어링 휠 부분에 모터가 부착되기 때문에 다른 부품간의 간섭이 없어 설치가 용이.

 

하지만 스티어링 휠가 모터가 가까이에 있기 때문에 모터의 진동과 소음이 운전자에게 쉽게 전달되는 점, 바퀴에서 전해지는 노면의 상태가 기둥에 부착된 모터로 흡수되어 운전자에게 노면의 상태가 잘 전달되지 않아 운전상 이질감 형성.

 

(2)R-EPS : Rack

모터가 기둥이 아닌 Rack에 설치된 EPS.

스티어링 휠가 모터 사이의 거리가 멀기 때문에 소음, 진동이 운전자에게 전달이 잘 안되고 노면의 상태 또한 운전자에게 전달이 잘 된다.

 

단점으로는 다양한 부품들이 설치된 프레임쪽에 모터를 부착해야하기 때문에 설치가 어렵고 운전중에 발생하는 먼지, 물 등을 견뎌야하기 때문에 방수, 방진설계가 필요하여 단가 상승.