자동차학과, 자동차 정비 기능사 등 차의 모든것 자동차 셰시 핵심 요점 64장. 전동식 동력 조향장치의 구성

64장. 전동식 동력 조향장치의 구성

 

전동식 동력 조향장치에는 여러 종류가 있지만 그 제어 방식이 유사하므로 여기서는
컬럼 구동식을 위주로 설명한다.

가. 개요

컬럼 구동식은 전동모터를 스티어링 컬럼 축에 설치한 형식으로 주로 경차 및 소형
차에 적용한다.

(1) 장점

① 연비 저감과 낮은 에너지 소모, 그리고 단순한 형식이 가능하다.
② 엔진 정지시에도 조작력 증대가 가능하다.
③ 조향 휠의 조작력에 대한 설계가 용이하다.
④ 엔진룸 레이아웃 설정과 모듈화가 용이하다.
⑤ 오일 및 유압 관련 기구 삭제로 친환경적이며, 소음이 적다.

 

(2) 단점

① 유압 배력식 대비 조향 휠의 복원력 좋지 않아 핸들링이 저하된다.
② 전동모터가 가지는 토크의 한계로 중·대형차에 적용이 어렵다.

나. 시스템 구성

주요 구성품으로는 전동모터, 조향 기어박스, 그리고 각종 센서로 부터 정보를 받아
최적의 조작력을 제어하는 전자제어부인 컨트롤 모듈로 구성된다. 전자제어부는 입력
부, 제어부, 출력부로 구성되며 입력부는 입력센서 신호로부터 운전상황을 판단하는 역
할을 한다. 제어부는 입력센서 정보를 바탕으로 컨트롤 모듈에 설정된 제어로직에 따라
출력부를 제어한다. 출력부는 컨트롤 모듈의 신호를 받아 전동모터를 구동하며 경고등,
아이들 업, 자기진단 기능 등을 수행한다.

전동식 동력 조향장치 입·출력 개념도

(1) 차속센서

차속센서는 차속변화에 따른 최적의 조작력(고속시 무겁고, 저속시 가볍게 제어)을
실현하기 위한 기준 신호로 사용된다.

(2) 엔진회전수

엔진회전수는 전동모터 작동 시 비교적 큰 전류를 사용하게 되므로 엔진(발전기)에
부하가 커지므로 이를 보상하기 위한 신호로 사용되며, 또한 엔진의 일정 회전수 이상
(약 500rpm)에서만 시스템를 정상적으로 작동하도록 하는 역할을 한다.

(3) 토크센서

토크센서는 스티어링 컬럼과 일체로 되어있으며 운전자가 조향 휠을 돌려 스티어링
컬럼을 통해 랙과 피니언 그리고 바퀴를 돌릴 때 발생하는 토크를 측정한다. 컨트롤 모
듈은 토크 센서의 정보를 기본으로 조작력의 크기를 연산한다. 토크센서는 컬럼에 비접
촉식으로 부착된 형식으로 전류에 생기는 자기장을 이용하여 축의 비틀림에 걸리는 전
류 값을 이용하여 토크량을 측정하고 내부에는 증폭회로가 내장되어 있다.

① 토크센서의 구성
토크센서는 발광소자 및 수광소자와 입력축 및 출력 축 디스크, 그리고 토오크 연
산부로 이루어져 있다.

토크 센서의 구조 및 작동 원리

② 토크센서의 원리
조향 휠의 작동력은 입력축 디스크와 출력축 디스크 사이의 토션바에 가해진다.
이때 토션바가 비틀어짐에 따라 입력 및 출력축 디스크의 위상은 토션바의 비틀
림 량 만큼 변하게 된다. 따라서 128개의 픽셀(pixel)로 이루어진 연산부에는 발
광다이오드로 부터 가해지는 투과량이 변하게 되고 이때의 투과량을 전류로 변환
하여 컨트롤 모듈로 보낸다. 컨트롤 모듈은 이 정보로 전동모터를 이용하여 조작
력을 제어한다.

(4) 전동모터 회전각 센서

전동모터 회전각 센서는 전동모터내에 위치하여 전동모터의 로터(rotor)위치를 검출
한다. 이 신호에 의해서 컨트롤 모듈은 전동모터출력의 위상을 결정한다.

(5) 컨트롤 모듈

컨트롤 모듈은 토크센서(torque sensor)의 신호에 의해서 최적의 조작력을 제어하기
위해 설정된 제어로직에 따라 출력부의 전동모터를 제어한다. 전동모터의 구동력은 핸
들을 조작하는 토크에 비례하여 구동하게 된다. 또 각종 신호를 모니터(monitor)하고,
이상 발생시에는 수동 상태로 하는 페일세이프(fail safe) 기능을 가지고 있다. 또한 경
고등 및 아이들-업 제어등을 수행한다.

(6) 전동모터

전동모터는 브러쉬 리스(brush-less) 전동모터가 사용되며 컬럼 중앙에 설치되어 운
전자가 조향 휠을 돌릴 때 전동모터에 의해 핸들의 구동력을 보조한다. 사용되는 전동
모터는 전기.전자 기술의 발달과 함께 제어기술이 진보함에 따라 영구자석을 이용한 소
형 AC 서보전동모터에서 현재는 영구자석을 이용한 DC 전동모터로 대체되어 더욱 정
밀제어가 가능해 졌다.