숑이의 일상

조향장치는 자동차가 진행하는 방향을 조작 가능하게 해주는 장치이며, 운전대를 돌림으로써 얻는 힘이 기어를 통해 증폭하여 자동차 바퀴의 방향을 움직이게 하여 차량 진행 방향을 조작할 수 있게 해 준다. 사람의 힘 외에도 전기 모터의 힘이나 유압, 전자적 제어가 더해지기도 한다. 오늘은 조향장치와 MDPS에 대하여 알아보려고 한다.

조향장치의 기본원리

현재 대부분의 차량 조향장치는 거의 애커맨 지오메트리이다. 애커맨 지오메트리는 킹핀축을 중심으로 하여 회전하는 타이로드와 너클로 이뤄진 링크 기구를 이용하여 회전 중심 접선 방향으로 가깝도록 앞바퀴의 토 각도를 바꿈으로써 자동차가 코너링을 할 때의 좌우에 있는 바퀴의 회전차가 적게 발생하며 한쪽의 타이어가 끌리는 현상을 줄일 수 있었다. 이것을 구현할 수 있는 세부의 기계요소 종류에 따라서 웜기어박스 타입, 랙엔피니언 타입이 존재한다. 이 두 가지를 구동할 수 있는 조향력은 대부분 사람의 인력이지만 이것을 보조해줄 수 있는 수단이 전기이냐, 유압이냐의 차이가 있다. 지게차 차는 후륜을 조향 하게 되는데, 애커맨 지오메트리를 반대방향으로 뒤집었다고 생각하면 될 것이다. 조향장치는 한가 장치, 작동 방식에 따라 두 가지로 분류될 수 있다. 작동 방식에 따른 분류를 살펴보면, 수동 조향장치는 가장 기본이 되는 조향장치로서 오직 사람의 힘으로만 핸들 조작을 하는 장치라고 할 수 있다. 현재는 차가 동력 조향장치를 대부분 채택하기 때문에 거의 찾아볼 수 없기는 하다. 유압식 조향장치는 유압펌프를 엔진의 동력으로 이용함으로써 핸들의 조작을 서포트해주는 방식이며, 전자 제어 동력 조향장치는 현대차에서 독자적으로 MDPS라는 명칭을 사용하는 장치이다. 

MDPS의 특징

MDPS란 조향 보조 배력 장치의 하나로써 조향 보조의 동력원을 전기 모터의 어시스트로 이용하는 파워 스티어링 작동방식 중 하나이다. 일반적인 유압식의 파워 조향장치와는 다르게 유압을 배제시키고 전동기를 직접적으로 조향계통에 연결하여 구동하는 방식이다. 이것은 파워 스티어링의 유압을 생성하기 위한 엔진의 구동 손실이 없기 때문에 연비 향상이 가능하고 무게가 가벼우며, 스티어링의 오일 등이 새거나 하는 경우가 없으므로 수명과 정비성도 향상된다. 또한 무인 운전이나 자세 제어장치 등 ECU가 스티어링에 개입할 수 있도록 하기도 한다. 이렇게 첨단 장비들과 연계를 하고, 연비의 규제 등 장점이 막강하여 많은 브랜드들이 도입하고 있는 추세이다. 원래 MDPS 같은 시스템의 정식 명칭은 EPS이나, 현대와 기아차에서만 MDPS라는 이름을 사용 중이다. 보쉬나 ZF 등의 메이커에서 개발된 EPS를 유압식과 비교하였을 때에도 손색이 없이 완성도가 높아 이러한 이유로 국산차가 비난받기도 한다. 그러나 최근에 상당히 많은 부분이 개선이 되었으며 외국산 EPS 제품들은 개발과 도입한 시기가 한국과 비교하면 10년 이상이나 격차가 있다. 물론 외국산 EPS도 개발하는 과정에서 동일한 문제를 거쳤으며 노하우와 기술력의 부족이 있을 수밖에 없다. MDPS는 조향 토크 센서, 스티어링 구동용 전동기, MDPS 제어기로 구성이 되며, 조향 모터를 장착하는 위치에 따라 칼럼 마운트 방식과 렉마운트 방식으로 나누어진다. 

많은 초보 운전자들이 주차에 대해 자신감을 갖지 못하고 헤매는 경우가 많다. 이것은 경력이 있는 운전자라도 마찬가지이다. 주차 상황에 따라 주차가 쉽지 않은 경우가 있기 때문이다. 오늘은 이러한 어려움을 해결해 줄 수 있는 스마트한 주차 보조 시스템에 대해 알아보도록 하자. 

개요

카메라와 센서를 사용하여 운전자들이 주차하는 것을 도와주는 주차 보조 시스템은 '무인 자동차'의 전신인 기술로 평가받고 있다. 이 시스템은 주차의 공간에서 길이를 먼저 측정하여 주차가 가능한가에 대한 여부를 먼저 판단하며 경우에 따라서 주차를 지원하는 것이다. 차량의 범퍼에 4개에서 6개의 초음파 센서를 달아 차량의 전후방 간격, 0.25~1.5m 정도 범위 공간을 인식할 수 있다. 지금까지 상용화되었던 주차 보조 시스템은 어디까지 보조의 개념이었다. 센서가 감지할 수 있는 장애물은 인식이 가능하지만 주차장에서 센서가 미치지 못하는 부분이나 파인 홈 등은 아직 인식이 불가하고 운전자가 차에 오르고 내리는 편의 등의 문제는 아직까지 남아있다. 그럼에도 최근 볼보와 아우디는 무인 자동 주차 시스템을 선보이며 운전자가 없어도 차량이 스스로 주차를 하는 것은 물론, 호출하면 스스로 내렸던 장소로 찾아오는 혁신적인 시스템을 발표하였다.

작동원리

차량의 측면의 양쪽에 설치되어 있는 초음파 센서는 먼저 주차공간을 측정하고, 이것을 위해서 이미 주차돼있는 자동차와의 간격이 30센티에서 1.5미터 이내로 최대한 나란히 주행하여야 한다. 또한 자동차 주행속도가 30km/h이 안되어야 한다. 주차가 가능하다고 판단되면 시스템 상에 운전자가 조향핸들을 조작하고 주행해야 할 길이 화면에 나타난다. 능동 시스템인 경우에는 시스템이 스스로 조향장치에 장착되어있는 전기모터를 제어한 후 조향핸들까지 조작해준다. 운전자는 단지 화면의 지시를 보고 변속, 가속, 제동을 하면 된다.

국내 개발 동향

한국에서는 최근 자동주차 보조 시스템을 개발하는 데 성공하여 시장 진입을 추진하고 있다. 2010년에 이미 국내 차량 부품 전문업체에서 세계 최초로 자동 직각주차 시스템을 개발한 바 있다. 물론 자동 주차 시스템을 가장 먼저 개발한 것은 아니지만 해외에서 개발했던 평행 주차 시스템 외에 직각 주차 시스템 개발에 성공한 것은 큰 의미를 가진다. 특히 우리나라는 평행주차보다는 직각 주차하는 상황이 많기 때문에 더욱 안성맞춤이다. 현대 자동차에서는 이 시스템을 최근 출시 차량에 장착하고 시장에 뛰어들었다. 현대차의 이러한 주차조향 보조 시스템(SPAS)은 자동차의 좌우, 전후로 장착된 초음파 센서를 사용하여 주차가 가능한 영역을 탐색하고 핸들을 제어하여 주차를 보조해주는 시스템이다. 운전자가 간단하게 기어를 변속하고 페달만 밟으면 편리하게 주차를 할 수 있는 해외의 시스템과 다를 것이 없다. 이 같은 시스템은 무인 자동차를 개발하는 데에 결정적인 기술 역할을 하고 있긴 하지만, 상용화를 하는 데에 대한 문제점도 분명히 있다. 대부분의 자동차 업체들이 주차 보조 시스템을 판매할 때 옵션으로 내걸고 있기 때문에 소비자들은 주자 보조 시스템을 적용하려면 추가 옵션 가격을 지불해야 한다. 그로 인한 가격 부담이 첫 번째 문제이다. 그리고 운전자가 전적으로 의지하기에는 아직 이르다는 전문가의 판단도 있다.