전동식 파워스티어링은 크게 2가지 형태가 있습니다. 모터의 위치에 따라서 나누어집니다. 칼럼형과 랙형으로 구분됩니다. 랙형이 칼럼형대비 장점이 많으며, 가격이 높습니다.
전동식 파워스티어링에 대해서는 동영상을 보고 이해하는 것이 좋을 것 같습니다.
1. 전동식 파워스티어링의 종류
전동식 파워스티어링 크게 2가지로 나눌 수 있습니다. 칼럼 타입과 랙 타입입니다. 조향동력을 보조하는 전기 모터의 위치에 따라서 나누어집니다.
- 칼럼 타입 (Column type) : 칼럼타입은 스티어링 칼럼에 장착됩니다. 핸들 밑에서 앞쪽으로 뻗어 있는 기구 구조물을 칼럼이라고 합니다. 여기에 전기보터가 장착되어 동력을 보조하는 것이 칼럼타입입니다. 즉, 핸들을 돌릴 때 핸들의 돌리는 힘을 보조하도록 만들어진 장치입니다. 초기에는 대부분 칼럼에 모터를 장착했습니다. 작게 만들 수 있고, 실내에 부품이 있으므로 부품의 내구성도 좋았습니다. 그리고 무엇보다 장차이나 제어가 쉬워서 전체적인 시스템 가격이 저렴했습니다. 그러나 여기에는 몇 가지 단점이 있었습니다. 핸들링감이 떨어지고, 모터의 소음이 실내에서 잘 들립니다.
- 랙 타입 (Rack End type) : 랙 타입 전동식 파워스티어링은 엔진밑에 있는 스티어링 랙에 설치되며 랙에 설치된 전동 모터에 의해 구동됩니다. 칼럼 타입 대비 더 많은 공간을 차지하고 비용도 많이 들지만 품질이 우수합니다. 특히 반응성이 좋아서 핸들링감이 좋고, 모터에서 일부 소음이 발생하지만 엔진에 있어서 실내에서는 들리지 않았습니다. 주로 중형 또는 대형 고급차에 사용되었지만, 현재는 소형차에도 니즈가 높아서 점차 확대되고 있습니다.
2. 컬럼 타입의 구조와 특징
전동식 파워스티어링의 칼럼 타입은 스티어링 칼럼 내부에 위치한 모터와 기어 및 컨트롤러로 이루어져 있습니다. 모터에 의해 스티어링 칼럼 자체가 구동됩니다. 구조가 간단합니다. 작동원리를 이해하기 위해서는 기본적으로 핸들에서 바퀴로 어떻게 동작이 전달되었는지 이해가 필요합니다. 운전자가 핸들을 돌리면 핸들의 움직임을 칼럼의 샤프트에 전달되고 샤프트는 스티어링 기어를 통해서 랙에 동력을 전달하고 핵이 좌우로 움직이면서 바퀴를 회전하는 구조로 되어 있습니다. 움직임이 전달되는 과정을 보면 모터를 설치할 수 있는 위치는 크게 2군데로 나누어집니다. 칼럼과 랙입니다.
전동 모터는 스티어링 칼럼 하단에 부착되어 있으며, 기어를 통해 스티어링 기어와 연결됩니다. 전동 모터는 전기 신호를 받아 모터의 회전 속도를 제어하고, 이를 통해 스티어링 조작에 필요한 힘을 제공합니다. 전동식 파워스티어링의 컨트롤러는 모터와 스티어링 조작의 상태를 모니터링하고, 적절한 회전 속도를 계산하여 전동 모터를 제어합니다. 컨트롤러는 스티어링 조작에 따라 모터의 회전 방향과 속도를 조절하여 필요한 힘을 제공합니다. 전동식 파워스티어링의 작동원리는 스티어링 조작에 따라 컨트롤러가 모터를 제어하여 스티어링 조작에 필요한 힘을 제공하는 것입니다. 운전자가 스티어링을 회전하면, 컨트롤러는 모터를 회전시켜 필요한 힘을 제공하고, 스티어링 조작에 따라 모터의 회전 방향과 속도를 조절합니다. 전기 신호에 의해 이루어지므로 더욱 빠르고 정확한 조작이 가능합니다.
특징
속도와 정확도가 더욱 높아 더 민감한 조작이 가능합니다. 유압액을 사용하지 않기 때문에 유지보수 비용이 적습니다. 연료 효율성이 더 좋아 차량의 연비를 향상합니다. 전동 모터의 작동에 의해 발생하는 진동과 소음이 적습니다.
단점으로는 조향감이 유압식 대비 불리하지만, 지금은 대부분 해결이 되었습니다. 칼럼 타입의 단점은 전기모터의 소음이 실내로 유입 가능성이 있습니다. 최근에는 매우 정교하게 만들어져 대부분의 문제는 해결이 되었지만 구조적으로 여전히 존재합니다.
3. 랙 타입의 구조와 특징
랙 타입은 유압식 파워스티어링 랙 타입과 구조적으로 유사합니다. 유압식 파워스티어링에서 유압 압력을 생성하는 펌프 대신 전동 모터를 사용하여 파워스티어링을 지원합니다. 구조적으로는, 랙 타입 파워스티어링은 전동 모터와 기어, 랙 및 핀은 기어와 같은 여러 구성 요소로 구성됩니다. 랙은 차량의 프레임에 부착되며, 차량의 바퀴를 회전시키는 데 사용됩니다. 핀은 기어는 랙과 기어 상호 작용을 담당하며, 전동 모터는 기어를 회전시켜 랙을 움직입니다. 작동원리는 다음과 같습니다. (1) 운전자가 운전대를 돌리면, (2) 스티어링 칼럼이 전달된 토크를 랙과 핀온 기어에 전달합니다. (3) 전동 모터가 기어를 회전시켜 랙을 움직이면 차량의 바퀴가 회전합니다. 전동 모터는 운전자의 입력에 따라 운전대를 돌리는 데 필요한 추가 토크를 제공합니다. 또한 전동식 파워스티어링 랙 타입은 차량의 속도 및 주행 조건에 따라 전동 모터의 출력을 조절하여 최적의 파워스티어링 성능을 유지합니다. 전동식 파워스티어링 랙 타입은 유압식 파워스티어링 대비 경제적이지만 칼럼 타입 대비 가격이 높습니다. 그러나 조향감이 좋고 소음에서 벗어나 최근에 많이 선호하고 있습니다.
특징
정확하고 예민한 핸들링: 전동식 파워스티어링 랙 타입은 칼럼 타입 파워스티어링보다 조작이 더욱 예민하고 정확합니다. 운전 중 높은 안정성: 전동식 파워스티어링 랙 타입은 차량의 속도 및 주행 조건에 따라 전동 모터의 출력을 조절하여 최적의 파워스티어링 성능을 유지하므로 운전 중 안정성이 높습니다. 단점으로는 칼럼 대비 비용이 많이 듭니다. 부품의 무게가 무거우며, 전체의 무게가 칼럼 대비 높습니다.
4. 컬럼 타입과 랙 타입의 비교
- 조향 조작성 : 랙 타입 파워스티어링은 칼럼 타입에 비해 조작성이 좋으며, 더욱 정확하고 예민한 핸들링을 제공합니다.
- 성능 : 랙 타입 파워스티어링은 칼럼 타입에 비해 더 높은 성능을 제공합니다. 전동식 파워스티어링 랙 타입은 차량의 속도 및 주행 조건에 따라 전동 모터의 출력을 조절하여 최적의 파워스티어링 성능을 유지합니다.
- 비용 : 비용은 당연히 랙 타입이 높습니다.
- 안전성 : 랙 타입 파워스티어링은 차량의 안정성을 높일 수 있습니다. 전동식 파워스티어링 랙 타입은 차량의 속도 및 주행 조건에 따라 전동 모터의 출력을 조절하여 최적의 파워스티어링 성능을 유지하므로, 운전 중 안정성이 더 높습니다.
- 신뢰성 : 컬럼 타입 동력 방향 조절은 핵 타입 파워스티어링보다 간단하고 신뢰성이 높은 구조입니다. 하지만 랙 타입 파워스티어링은 성능이 더 우수합니다.
5. MDPS
MDPS는 "Motor Driven Power Steering"의 약자로, 현대자동차에서 이름을 붙인 전기식 파워스티어링 시스템입니다. R-MDPS와 C-MDPS가 있습니다. R-MDPS는 랙 구동형 전자식 파워스티어링이고, C-MDPS는 칼럼 구동형 전자식 파워스티어링입니다. C-MDPS는 "Column-mounted Motor Driven Power Steering"의 약자로, 전동식 파워스티어링 시스템 중 칼럼 타입에 해당합니다. C-MDPS 시스템은 핸들과 파워스티어링 모터가 칼럼에 위치하며, 핸들 각도와 속도를 감지하여 모터 출력을 제어하여 운전자가 원하는 핸들링을 제공합니다. 반면, R-MDPS는 "Rack-mounted Motor Driven Power Steering"의 약자로, 랙 타입에 해당합니다. R-MDPS 시스템은 핸들과 파워스티어링 모터가 랙에 위치하며, 랙과 피니언 기어의 동작으로 핸들 조작을 감지하고, 모터 출력을 제어하여 운전자가 원하는 핸들링을 제공합니다.
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