Steer-by-Wire (SbW) 장점과 작동원리

현재의 조향장치는 핸들로부터 앞바퀴의 회전까지 기계적으로 연결되어 있고 파워스티어링(기계식 또는 전기식)에 의해 조향동력을 보조받는 구조로 되어 있습니다. 지금도 전기모터에 의해 충분한 바퀴를 조향 할 수 있지만 전기적인 고장, 소프트웨어적인 오류 등을 대비해서 기계적인 연결구조를 유지하고 있습니다. SbW는 이런 기계적이 연결구조를 제거하고 핸들은 전기적 신호를 만들어내는 역할만하고 모든 조작은 전기모터에 의해서 구동되는 시스템이 SbW입니다. 오늘은 SbW에 대해서 상세하게 알아보겠습니다.

 

Sterring Wheel

 

1. SbW (Steer-by-wire)

 

SbW(Steer-by-Wire)는 자동차의 핸들과 조향을 담당하는 바퀴의 스티어링기거 사이의 기계적 연결구조를 제거하고 전자 시스템으로 대체하는 기술입니다. 현재는 유압식 도는 전기식으로 조향시에 필요한 힘을 보조하고 있지만 아직까지 사람의 자력으로 조작이 가능한 기계식 연결 구조는 유지하고 있습니다. SbW는 이런 기계식 연결구조를 모두 삭제하고, 핸들에서는 전기적인 신호만 행성하고, EPS의 전기모터에서 조향을 담당하는 시스템입니다. 

스티어링 휠의 움직임은 컴퓨터로 전송되는 전자 신호로 변환되어 차례로 차량의 스티어링을 제어합니다. SBW는 기존의 기계식 스티어링 시스템에 비해 차량 설계의 유연성 향상, 연비 개선, 안전 기능 향상 등 여러 가지 이점을 제공합니다. 기존의 스티어링 시스템과 관련된 부피가 큰 기계적 구성 요소를 제거함으로써 SbW는 더 창의적이고 효율적인 차량 설계를 가능하게 합니다. 또한 SbW 시스템은 더 정밀하고 예측 가능한 스티어링 기능을 제공할 뿐만 아니라 자율 주차 및 충돌 방지와 같은 자동화된 기능을 제공합니다.

그러나 SbW 기술에는 사이버 보안 및 신뢰성에 대한 우려를 포함하여 몇 가지 잠재적인 단점도 있습니다. 다른 전자 시스템과 마찬가지로 차량의 안전을 위협할 수 있는 해킹 또는 기타 사이버 공격의 가능성이 있습니다. 또한 SBW 시스템의 신뢰성에 대한 우려가 있습니다. 특히 극한 기후 조건 또는 시스템이 스트레스를 받거나 오작동할 수 있는 기타 상황에서 그렇습니다. 하지만 SbW는 스티어링 및 차량 디자인에 대한 우리의 생각을 혁신할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 현재 빠르게 진화하고 있습니다.

 

SbW 장점 

• 차량구조 단순화 및 경량화 : SbW 기술은 부피가 큰 기계식 스티어링 칼럼 및 관련 구성 요소가 필요 없기 때문에 차량 설계의 유연성을 높여 줍니다. 이를 통해 실내 공간을 늘리고 프론트 엔드 디자인을 소형화할 수 있습니다. 이는 많은 이점을 제공합니다. 보다 창의적이고 효율적인 차량 디자인을 구현할 수 있을 것이며, 차량 제조사는 차종별로 있는 개별 부품을 공용화할 수 있는 것입니다. 당장은 SbW 시스템을 위해서 전자 제어 시스템 등 원가가 증가하겠지만 기술이 발전되면 공용화로 인해서 엄청난 원가 절감이 가능할 것입니다.
• 연료 효율 개선: SbW 시스템은 차량 중량을 줄이고 기존 스티어링 시스템과 관련된 에너지 손실을 최소화하여 연비를 개선하는 데 도움이 됩니다. SbW는 무거운 기계식 스티어링 칼럼 및 관련 구성 요소가 필요하지 않으므로 차량의 전체 중량을 줄일 수 있으며, 이를 통해 연비를 개선할 수 있습니다.
• 향상된 안전 기능 : SbW 시스템은 자가 주차 및 충돌 방지와 같은 향상된 안전 기능을 제공할 수 있습니다. SBW는 전자 센서 및 컨트롤 시스템을 스티어링 메커니즘과 통합하여 더욱 정밀하고 예측할 수 있는 스티어링 기능을 제공함으로써 사고를 예방하고 전반적인 차량 안전을 개선하는 데 도움이 됩니다.
• 운전자 편의성 향상 : SbW 시스템은 더 부드럽고 반응성이 뛰어난 주행 환경을 제공하며, 도로 진동이 적고 기계적 구성 요소로 인한 방해 요소가 적습니다. 또한 일부 SbW 시스템은 조정 가능한 스티어링 비율을 제공하므로 운전자가 최대한의 편안함과 제어력을 위해 스티어링 선호도를 맞춤화할 수 있습니다.
• 유지 관리 비용 절감 : SbW 시스템은 기존 스티어링 시스템보다 기계적 구성 요소가 적으므로 유지 관리 비용을 절감하고 차량의 수명을 연장할 수 있습니다. 대부분의 유지보수는 기계적인 시스템으로 인한 것입니다. 따라서 기계적인 시스템이 줄어든다는 것은 유지보수가 간편해진다는 것을 의미합니다. SbW 시스템은 마모되거나 고장 나는 구성 요소가 적기 때문에 시간이 지남에 따라 유지보수 및 수리가 덜 필요할 수 있습니다.
• 이제 핸들의 움직임과 바퀴의 움직임이 1:1로 같을 필요가 없습니다. 예를 들어 통상 U턴을 할 경우 핸들을 2~3바퀴 정도 돌리는데 자동차가 U턴을 감지하게 되면 핸들을 반만 돌리면 자동차가 자동적으로 감지하고 충분하게 바퀴를 돌릴 것입니다.

 

2. SbW 동작원리

 

SbW(Steer-by-Wire) 기술은 스티어링 휠과 차량의 프론트 휠 사이의 기계적 링크를 전자 시스템으로 대체합니다. 다음은 SbW의 작동 방식에 대한 요약입니다.

1. 운전자가 핸들을 움직이면, 전자 센서가 핸들(스티어링 휠)의 움직임을 감지합니다 : 운전자가 핸들을 돌리면 전자 센서가 움직임을 감지하여 컴퓨터로 신호를 보냅니다.
2. 컴퓨터는 신호를 스티어링 명령으로 변환합니다 : 이 컴퓨터는 센서에서 나오는 신호를 분석하여 스티어링 시스템을 제어하는 명령으로 변환합니다.
3. 액추에이터가 스티어링 각도를 조정합니다 : 스티어링 명령은 휠의 스티어링 각도를 조정하는 전기 모터인 액추에이터로 전송됩니다. 액추에이터는 일반적으로 프런트 휠에 위치하며 서로 독립적으로 제어할 수 있습니다.
4. 피드백 센서가 스티어링 각도를 모니터링합니다 : 피드백 센서는 휠의 실제 스티어링 각도에 대한 정보를 컴퓨터에 제공합니다. 이를 통해 컴퓨터는 필요에 따라 스티어링 명령을 조정하여 휠이 원하는 방향으로 회전하는지 확인할 수 있습니다.
5. 시스템은 이중화 되어 있습니다. 이 글 하단부에 자세하게 설명하겠지만 기계적인 연결구조가 없기 때문에 전기적인 결함이나 소프트웨어적인 오류가 발생하면 자동차의 방향 전환 조작이 불가능합니다. 따라서 하나가 고장 나더라도 추가적인 대책이 필요합니다. 그래서 시스템적으로 대안 시스템을 마련해 놓았습니다  : 대부분의 SBW 시스템에는 장애가 발생한 경우에도 시스템이 계속 올바르게 작동하도록 보장하기 위한 중복 센서, 컴퓨터 및 액추에이터가 있습니다. 이는 차량의 안전을 개선하고 사고를 예방하는 데 도움이 됩니다.

 

3. SbW와 안전

 

SbW(Steering-by-Wire)는 차량의 스티어링 시스템을 기계적이 아닌 전자적으로 제어할 수 있도록 해주는 SbW 시스템의 한 유형입니다. 아주 간단해 보이지만 고려해야 하는 부분이 안전 문제입니다. 시스템의 모든 고장이나 오류는 스티어링 컨트롤의 손실을 초래할 수 있으며, 이는 극도로 위험할 수 있습니다. SbW 시스템이 안전하고 신뢰할 수 있도록 설계 및 운영하는 데 있어 기능적 안전성은 매우 중요합니다. 여기에는 시스템의 결함이나 오류를 감지하고 대응하도록 설계된 중복 센서, 컨트롤러 및 액추에이터와 같은 안전에 중요한 시스템 및 구성 요소의 사용이 포함됩니다. 또한 시스템은 자동으로 백업 시스템으로 전환하거나 운전자가 스티어링을 제어할 수 있도록 하는 등 고장 발생 시 안전한 상태를 유지하도록 설계되어야 합니다. SbW 시스템의 기능 안전을 보장하기 위해, 자동차 시스템의 기능 안전 개발을 위한 프레임워크를 제공하는 ISO26262와 같은 다양한 산업 표준과 지침이 존재합니다. 이 표준은 잠재적 위험을 식별하고 완화하는 프로세스와 절차를 개략적으로 설명하며, 시스템의 안전성을 확인하고 검증합니다. 이러한 표준을 준수함으로써 설계자와 제조업체는 결함이나 오류가 있더라도 SbW 시스템이 안전하고 신뢰할 수 있도록 보장할 수 있습니다. SbW 시스템의 또 다른 문제는 시스템의 안전을 위협할 수 있는 사이버 공격 또는 기타 악의적인 간섭의 가능성입니다. 이 문제를 해결하기 위해 설계자는 시스템에 대한 무단 액세스로부터 보호하기 위해 방화벽 및 암호화와 같은 사이버 보안 조치를 구현해야 합니다.

 

 

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