현대엠엔소프트 공식 기업 블로그 :: 자동차 조향장치의 모든 것, 내 방향은 내가 정한다!

자동차 운전을 할 때 꼭 붙잡고 가야 하는 것은 무엇일까요? 바로 핸들이라고도 불리는 스티어링 휠(자동차 운전대)인데요. 운전 중 차량이 내가 가려는 방향과 다르게 움직인다면? 생각만 해도 아찔합니다. 그래서 오늘 준비한 주제는 바로 자동차의 진행 방향을 운전자 마음대로 바꿀 수 있게 해주는 조향장치(Steering System)입니다. 조향장치에 대한 개념부터 구성 및 종류, 오늘날 첨단 기술이 적용된 사례까지 알아보겠습니다.

 

1. 조향장치의 개념

사진: https://www.motoya.co.kr/news/view.php?no=103

 

조향장치란 자동차의 진행 방향을 운전자 임의대로 바꾸기 위한 장치로, 조향 시스템이라고도 합니다. 운전자가 스티어링 휠, 즉 자동차 운전대에 가한 회전력에 근거하여 차륜의 조향각을 변화시키는 장치인데요. 운전자가 임의로 조향할 때, 조작되는 모든 부품들이 조향장치에 속합니다. 자동차 주행 시 가장 중요한 것은 안전성이라고 할 수 있습니다. 조향장치는 스티어링 휠과 바퀴의 돌아가는 각도를 조절하고, 노면의 충격을 핸들에 전달되는 것을 방지하며, 선회 시 저항을 줄여주는 등 다양한 기능을 합니다.

 


*조향장치의 변천사

1880년 대, 자동차에 최초로 적용된 조향장치는 자전거용 스티어링 휠이었습니다. 이후 차축이 통째로 돌아가는 피벗식 스티어링 휠이 발명되었지만 고장이 잦아 실용성이 떨어졌고, 전륜 차축만 조향되는 장치가 1890년대 말에 고안되었습니다. 하지만, 이때까지도 조향장치는 쇠막대기에 끈이 연결된 형태인 자전거 스티어링 휠 모양이었는데요. 육중한 차체를 원하는 방향으로 조향하기 위해서는 엄청난 힘이 들었습니다. 이 때문에 트럭이나 버스 등 상대적으로 크기가 큰 상용차는 장시간 운전하는 것은 상상조차 할 수 없었죠. 이후 조향의 동력을 얻어 유압으로 조작하는 파워스티어링 방식, 모터로 스티어링 휠을 제어하는 전동식 조향장치 등 다양한 제품이 개발되었습니다.


 

2. 조향장치의 구성

조향장치의 구성

사진: https://1boon.kakao.com/sucartv/582bd35e6a8e510001d5f765

 

조향장치는 크게 세 부분으로 나눌 수 있습니다. 먼저 운전자와 직접적으로 연관되어 있는 조향 조작부’, 스티어링 휠의 회전력을 직선 운동으로 바꿔주는 조향 기어부’, 기어부의 움직임을 바퀴에 전달해 각도를 바꿔주는 조향 링크부입니다.

 

(1) 조향 조작부

조향 조작부의 구성

사진: http://www.autoview.co.kr/content/article.asp?num_code=58815

 

조향 조작부는 운전자가 직접 스티어링 휠을 조작하여 그 조작력을 조향기어와 링크에 전달하는 기능을 하는데요. 크게 휠, , 칼럼으로 구성되어 있습니다. 스티어링 휠은 소위 말하는 핸들로 림, 스포크, 허브 등으로 구성되어 있으며, 스티어링 휠 축은 스티어링 휠과 조향기어를 연결하는 부분입니다. 스티어링 칼럼은 스티어링 휠 축이 들어 있는 원통모양의 튜브입니다.

 

(2) 조향 기어부

조향 기어부의 구성

사진: http://www.horselessvehicle.com/bbs/board.php?bo_table=structure&wr_id=10

 

조향 기어부는 조향축의 회전을 약 20:1로 감속하여 조작력을 크게 함과 동시에 조작기구의 운동방향을 바꿔 조향 링크부에 전달하는 기능을 합니다. , 조작부로부터 회전력을 받아 토크를 증가시켜 운동방향을 직선 운동으로 바꿔주는 것이죠. 크게 볼 너트형 조향기어와 랙&피니언형 조향기어로 나눌 수 있는데요. 주로 랙&피이언형이 사용되고 있습니다. 랙 피니언형 조향기어는 조향축 끝에 피니언을 설치하여 랙과 물리도록 한 구조로 되어 있으며, 피니언이 회전하면 랙은 옆 방향으로 움직이고 랙 양쪽 끝에 연결된 타이로드(tie rod)를 통해 너클과 함께 조향바퀴가 움직이도록 되어 있습니다.

 

(2) 조향 링크부

조향 링크부의 구성

사진: http://jwkang7.wo.to/pds03/317.htm

 

조향 링크부의 역할은 조향 기어의 움직임을 바퀴에 전달해 바퀴의 각도를 바꿔주는 것입니다. 운전자의 의도를 받아 자동차가 받아들일 수 있는 방식으로 바꿔준 후, 그 결과대로 진행 방향을 바꿔주는 형식이라고 할 수 있습니다. 기어 기구의 작동을 앞바퀴에 전달하고, 좌우 바퀴의 관계 위치를 바르게 지지하는 부분으로 피니언과 물려있는 랙(Rack), 타이로드 및 너클 암 등으로 구성되어 있습니다.

 

3. 조향장치의 분류

사진: http://jwkang7.wo.to/pds03/301.htm

 

앞서 조향장치의 구성을 살펴봤는데요. 조향장치를 분류하기 위해서는 자동차 차대에 대해 좀 더 자세하게 접근할 필요가 있습니다. 조향장치는 현가장치 형식에 따라 독립 현가식 조향장치 or 일체차축 현가식 조향장치로 나뉘어지고작동 방식에 따라 수동 or 동력 or 전자제어 동력 조향장치로 나뉘어집니다. 하나씩 알아보도록 할게요.  

 

 (1) 현가장치에 따른 분류

현가장치에 따른 분류

사진: http://jwkang7.wo.to/pds03/317.htm

 

먼저 현가장치에 따른 분류입니다. 독립 현가식 조향장치란 한 쌍의 바퀴 두 개가 각각 독립적으로 움직이는 형식을 말합니다. 좌우의 차륜이 따로 진동할 수 있어 승차감을 우선시하는 승용차에 많이 사용됩니다. 일체차축 현가식 조향장치란 앞바퀴와 뒷바퀴 두 쌍이 각각 하나의 연결부로 연결되어 있는 차축을 말합니다.

 

(2) 작동방식에 따른 분류

수동 조향장치

사진: https://1boon.daum.net/sucartv/582bd35e6a8e510001d5f765

 

조향장치는 또한, 작동방식에 따라 분류할 수 있는데요. 먼저 수동 조향장치(Manual Steering)입니다. 이 방식은 온전히 인간의 힘으로 스티어링 휠을 조향하기 때문에 정차 시에는 조향하기 쉽지 않아 현재는 거의 쓰이지 않고 있습니다.

 

 

동력 조향장치

http://jwkang7.wo.to/pds03/318.htm

 

둘째는 흔히 얘기하는파워핸들인 동력 조향장치(Power Steering)입니다. 앞서 말한 수동 조향장치를 보완하기 위해 개발된 것으로 엔진의 동력으로 유압펌프를 이용해 스티어링 휠의 조작력을 가볍게 만들어 신속하게 조향하도록 도와주는 장치입니다. 수동 조향장치보다 복잡한 구조를 가지고 있죠?

사진: https://1boon.daum.net/sucartv/582bd35e6a8e510001d5f765

 

마지막 전자제어 동력 조향장치(Electric Power Steering)입니다. 유압이 아닌 모터가 조향을 도와주는 방식으로 가장 진화한 조향장치라고 할 수 있습니다. 우리가 제일 접하기 쉬운 전자제어 동력 조향장치는 크게 C-EPS R-EPS로 분류되는데요. 전동 모터가 칼럼에 위치하면 C-EPS, 랙에 위치하면 R-EPS로 나눌 수 있습니다. 각각 장단점이 존재해 어떤 것이 더 좋은 방식이라고는 말 할 수 없습니다.

 


*전자제어 동력 조향장치의 차이점

C-EPS: 저렴한 단가, 공간확보 유리, 소형차에 사용, 정교하지 못한 조향감

M-EPS: 비싼 단가, 공간확보 불리, 고급차에 사용, 정교한 조향감


맵피와 함께 조향장치의 역사 보러가기!!

사진: https://blog.naver.com/stm_blog/221316221823

 

자동차 부품의 복잡한 구조를 글과 그림으로 설명하고 이해하는 데 한계가 있기 마련입니다. 조향장치를 포함해 각종 자동차 장치 및 부품에 대한 역사를 눈으로 직접 볼 수 있는 곳이 있는데요. 바로 경기도 용인에 위치한 삼성화재교통박물관입니다. 시동장치, 경적장치, 방향지시등, 브레이크 장치, 타이어 등 자동차의 각종 부품을 전시하고 발전사를 기록하고 있습니다. 뿐만 아니라, 자동차의 다양한 모델도 전시하고 있고 각종 교육 프로그램도 제공하고 있습니다. 자동차에 관심이 많은 아이와 함께 유익한 시간을 보내기에 딱 안성맞춤입니다.

 

 

(출발지는 서울시 종로구이며, 도착 예정 시간은 출발 지점에 따라 달라질 수 있습니다.)

 

▶ 주소: 경기 용인시 처인구 포곡읍 에버랜드로376번길 171

▶ 연락처: 031-320-9900

▶ 이용 시간: 매일 10:00 ~ 18:00

▶ 이용 요금: 대인 6,000 / 소인 5,000 / 경로 3,000 / 유아 무료

▶ 홈페이지: www.stm.or.kr

지금까지 자동차 조향장치에 대해 알아봤는데요. 단순히 방향을 조정하는 기본적인 장치임에도 많은 변화가 있었고, 안전성을 위해 다양한 개발을 거쳐 지금의 조향장치를 만날 수 있었습니다. 지난 해 현대모비스가 자율주행차에 최적화된 첨단 조향장치를 개발했다고 합니다. 이에 따라 정부는 지난 4, 운전자가 방향지시등을 켜면 자동차 스스로 차선을 변경하는 첨단 조향장치가 장착되도록 관련 기준 법안을 마련할 것이라고 밝혔습니다. 조향장치의 발전이 곧 자율주행차의 발전인 셈이죠. 앞으로 개발될 첨단 조향장치를 기대해봐도 좋겠습니다. 이상 현대엠엔소프트였습니다.

Posted by 현대엠엔소프트

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