[[새시학]]전자식파워 조향장치

[뉘앙스]

전자식파워조향장치

 

개요

전자 제어 파워 스티어링 시스템(electronic power steering system)

조향장치는 자동차의 속도가 증가함에 따라 실제 조향각이 감소하고 구동력 증가에 대한 반력이 발생하거나 양력 항력에 의한 조향축 하중의 감소등이 이유로 조향휠을 조향 시 타이어와 노면 사이의 접지 저항은 작아진다. 따라서 고속 주행 시에는 조향 안전성이 떨어져 불안하게 되는데 자동차의 속도가 증가할 수록 조향휠이 무겁고 속도가 낮을 수록 가볍게 할 필요가 있는데 이렇게 조향력을 변화 시키는 장치가 전자제어 동력 조향장치이다. 이를 실현하기위해 가벼운 조향핸들 조작력을 차량의 속도에 따라 엔진으로 구동되는 유압 펌프의 유압을 동력원으로 하는 동력 조향장치를 전자제어를 통해 주행속도의 상승에 따라 동력 조향장치에 공급유량을 감소시켜 조향력을 제어하는 방식이 주종을 이룬다. 저속 시에는 핸들을 가볍게, 고속 시에는 핸들을 무겁게 하여 안전한 운전을 할 수 있도록 만들어진 장치이다. EPS 컴퓨터가 차속에 따라 PCV (Pressure Control Valve)를 제어하게 되면 반력플런저로 가는 유압을 제어하고, 조향 기어 박스의 입력축을 누르는 힘이 변하게 되므로 조향력이 변화된다.

분류

종류

1. 속도 감응 방식(유량 제어 방식)

솔레노이드 밸브나 전동기를 주행속도와 기타 조향력에 필요한 정보에 의해 작동하여 고속과 저속 모드에 필요한 유량을 제어하는 방식이다.

2. 실릴더 바이패스 제어방식

조향기어박스에 실린더 양쪽을 연결하는 바이패스 밸브와 통로를 두고 주행속도의 상승에 따라 바이패스 밸브의 면적을 확대하여 실린더 작용 압력을 감소시켜 조향력을 제어하는 방식이다. 이 방식에서는 바이패스 밸브 내의 흐름 방향이 조향 방향에 따라 역회전하므로 좌우의 특성을 갖추기 위해 설계면 제조면에서 배려가 이루어지고 있다. 급조향할 때의 응답성 지연의 제약 및 대응 방법은 유량제어 방식과 마찬가지로 조향력의 변화량은 유량제어방식보다 약간 크다. 바이패스 밸브와 바이패스 통로를 조향기어박스에 설치해야 하므로 가격이 비싸다.

3. 유압 반력 제어방식

동력 조향장치의 밸브 부분에 유압 반력 제어기구를 두고 유압 반력 제어밸브에 의해 주행속도의 상승에 따라 유압 반력실에 도입하는 반력 압력을 증가시켜 반력기구의 강성을 가변 제어하여 직접적으로 조향력을 제어하는 방식이다. 조향력의 변화량은 반력 압력의 제어에 의해 유압 반력기구의 용량 범위에서 임의의 크기가 주어지며 급조향할 때 응답 지연의 문제가 없어 승용차에 바람직한 조향장치이다.

4. 밸브 특성 제어방식

차속 감응방식이 아닌 기존의 동력 조향장치에서는 특정 밸브의 특성과 반력 특성과의 조합으로 차량의 제원에 적절한 조향력을 설정하고 있다. 밸브 특성 제어방식의 동력 조향장치는 이 밸브의 특성을 가변으로 하여 조향력을 제어한다. 펌프에서 공급되는 유량을 손실없이 실린더에 작용하는 압력으로 변환할 수 있어 급조향을 할 때 응답성이 좋은 차속 감응 방식을 구성할 수 있고 제어 밸브의 구조가 비교적 간단해 진다.

구성

전자 제어 파워 스티어링 시스템

구성은 링키지 분리형과 같은 구조이나 유량을 조절하는 솔레노이드 밸브와 이것을 차속과 악셀레이터를 밟은량을 감지하여 조절하는 전자 유니트가 하나 더 설치된 것이 틀리다.

일반적으로 ECPS의 구성은 차속 SENSOR, CONTROLLER, POWER STEERING GEAR로 구성된다. (위 그림 참조)
또한 P/STR’G GEAR는 MAIN VALUE와 차속 등에 의해 특성을 제어하는 제어 VALUE(P.C.V)로 구성되어 있다.

1. 차속센서

차속센서에 의해 계기판의 속도계도 작동하고, 차속을 필요로 하는 모든 시스템은 이 신호를 사용된다. EPS 컴퓨터는 차속센서 신호를 근거로 현재 차속을 검출하여 차속에 맞는 가장 적절한 조향력을 확보하기 위해 PCV를 제어한다.

2. THROTTLE POSITION SENSOR

악셀레이터의 밟은량을 감지하여 컨틀롤러에 보내는 역할을 한다. 주행 중 차속센서 고장으로 PVC 제어가 불가능하게 되었을때 엑셀레이터 밟는 양으로 PCV를 제어한다. 따라서, 엑셀레이터 페달을 밟는 양이 증가할수록 핸들은 무거워진다.

3. ANGULAR(VELOCITY)

조향각도 및 각속도 검출(필요시)

4. ECU

시스템 제어를 한다. EPS 컴퓨터는 차속센서 신호를 입력받아 PCV를 제어하는 일과 차속센서 고장시 스로틀위치센서를 통한 자기보정(Fail Safe) 기능이 있으며, 고장 발생 시 고장 코드를 출력하는 기능을 수행한다.

5. SOLENOID VALVE

EPS의 BY-PASS량 변환시키는 역할을 한다. PCV는 EPS컴퓨터가 제어하며, EPS컴퓨터는 차속에 따라 PCV 밸브의 전류량을 제어한다. PCV는 전류량에 따라 위상이 변하게 되며 위상변화에 따라 유로가 변하므로 반력플런저에 가해지는 유압이 변하게 된다. 반력플런저 후면에 가해지는 유압의 변화에 의해 입력축에 가해지는 압력이 변하므로 전류량에 따라 각기 다른 조향력을 얻을 수 있는 것이다.

원리

기어박스 내부는 기본적으로 랙&피니언 기어에 의해 좌우 방향이 조향이 된다. 랙 & 피니언 기어를 기본으로 좌우에 실린더가 있으며 운전자가 핸들을 조작하게 되면 토션스프링이 유로의 방향을 바꿔주므로 파워오일펌프에서 만들어진 유압이 해당실린더로 작용하여 부드러운 조향이 이루어 진다.

1. 정차 및 저속 주행 시

정차 또는 저속 주행(0∼60km/h)할 때 컴퓨터에서 솔레노이드 밸브에 약 1A의 전류가 공급되어 솔레노이드 밸브에는 최고로 큰 출력이 위쪽으로 작용합니다. 이로 인하여 압력제어 밸브는 위쪽에 위치한 스프링을 압축하면서 상승하여 오일펌프의 유압이 작용하는 오일 회로 A와 반력 플런저로 공급되는 오일 회로 D를 막는 위치에 있게 되므로 반력 플런저에 작용하는 유압을 제어하면(이때의 유압은 0이다.) 반력 플런저가 입력쪽을 누르는 힘이 없기 때문에 가장 경쾌한 조향을 할 수 있습니다.

2. 중 고속 주행시

솔레노이드 밸브 및 압력제어 밸브의 위치는 오일 회로 A에서 오일 회로 D로의 통로가 열립니다. 이 상태에서 조향 핸들을 통상의 조향 범위 내에서 조작하면 오일펌프의 토출 압력은 저속 주행할 때와 같이 조향각에 대해서 상승하기 때문에 조향력에 비례한 출력 유압이 얻어져 중/고속 주행에서의 적절한 조향감을 얻습니다.

3. 고속 주행 시

솔레노이드 밸브 위쪽에 가해지는 유압은 주행속도의 증가에 따라 감소하여 압력제어 밸브가 아래쪽으로 이동하여 오일 회로 B가 열리면서 오일 회로 D로 오일이 공급되어 반력 플런저 뒤쪽을 밀게 되므로 플런저가 유압의 입력을 막게 되어 토션 바와 피니언이 일체가 되도록 함으로써 조향력이 무거워집니다. 따라서 험한 도로를 주행하거나 타이어가 펑크 난 경우 등 노면에서 큰 반력이 작용하면 펌프의 토출 압력이 일반적인 조향의 경우보다 상승하여 반력 플런저에 작용하는 유압을 규정값 이하로 제어합니다. 이 결과 주행할 때 노면에서 큰 힘이 작용한 경우에도 조향력을 일정 값 이하로 제어하여 험한 도로를 주행하더라도 조향 핸들을 놓치는 일이 없습니다.

스티어링기어(웜기어) 작동도