스티어링
스티어링(Steering, 操向裝置)은 자동차의 진행 방향을 바꾸기 위해 앞바퀴의 회전축 방형을 조절하는 장치이다. 조향장치 또는 스티어링 시스템으로도 불린다.
개요[편집]
스티어링은 자동차의 타이어가 굴러가는 방향을 조절할 수 있는 장치이다. 스티어링 휠에서 타이어까지의 모든 부품이 포함되는데, 조향 휠, 조향축, 조향기어, 피트먼 암, 드래그 링크, 타이 로드, 너클암 등이 포함된다. 운전자가 조향 휠을 조작할 때, 연결된 조향축에 회전력이 전달되며 조향기어 또한 같이 회전하는 원리를 사용한다. 이때 조향기어의 톱니바퀴에 의해 회전운동이 직선운동으로 전환되고, 타이 로드가 너클에 전달하면서 타이어의 방향을 바꾼다.[1]
개발 배경[편집]
초기의 자동차는 우마차와 마찬가지로 좌우의 앞바퀴가 같은 차축에 붙어 있어, 이 차축을 좌우로 선회시킴으로써 진행 방향을 바꾸려 했다. 하지만 우마차는 구동력이 앞차축에 직접 전해지지만, 자동차는 뒤차 축으로 구동하는 것이 많았기 때문에 실용화되지 못했다. 그래서 개발된 것이 오늘날 자동차와 같이 앞바퀴의 차축을 좌우 따로따로 만든 것이다. 평 축의 선회 축을 가능한 바퀴의 중심에 접근시켜서, 1개 차축의 결점을 보완하고 선회를 위하여 조향조작력을 가볍게 했다. 이 방식도 초기에는 좌우 조종 바퀴의 차축이 항상 평행 상태에서 선회하게 했기 때문에, 좌우의 앞바퀴와 뒷바퀴가 한 점을 중심으로 선회할 수 없고, 타이어가 옆으로 미끄러지거나 뒤틀리면서 무리한 힘을 주게 되어 빨리 상하는 문제점이 있었다. 종래에는 핸들의 돌리는 힘을 가볍게 하기 위하여 단순한 나사나 기어의 원리를 사용했다. 하지만 볼베어링과 같이 스틸 볼을 넣거나, 조향의 동력을 엔진에서 얻어 유압으로 조작하는 파워스티어링 방식도 사용되며 기술의 진보와 더불어 조향 바퀴 자체를 구동시키는 전륜구동 방식을 일반 승용차에 채택하기 시작했다.[2]
종류[편집]
파워 스티어링[편집]
파워 스티어링은 자동차의 핸들조작에 편의를 더하기 위해 설비된 자동차의 장치 일종이다. 파워 스티어링이 없는 차종은 저속이나 정차 시에는 스티어링 조작이 무겁고 원활하지 못하지만 고속 주행을 할 경우 스티어링이 가벼워져 사소한 핸들 조작만으로도 자동차가 크게 움직이는 문제점이 있다. 이와 같은 위험성을 극복하려는 조치로 주행 속력이 낮을 때나 정차 시 스티어링 조작을 가볍게 해 주고, 고속 주행을 할 때는 주행 안전상 세밀한 조작이 요구되므로 조작을 일부러 무겁게 하여 운전 편의를 도모하고 안전도를 향상한다.[3] 파워 스티어링 시스템은 유압식, 전동 유압식, 전동식으로 3가지가 있다. 전통적인 방식인 유압식 파워스티어링 시스템의 경우, 운전자가 스티어링을 돌릴 때 파워 펌프가 엔진 힘으로 유압을 발생 시켜 운전대를 가볍게 하는 것으로, 조향감이 우수한 장점이 있다. 하지만 유압으로 작동하는 방식이기 때문에 정기적인 오일 관리 및 누유 관리가 필요하며 엔진에 벨트를 걸어 유압을 발생시키기 때문에 엔진 출력이 저하되는 단점이 있다. 유압식의 단점을 보완하는 방식으로 나온 방식이 전동-유압식 파워스티어링인데, 유압으로 조향을 보조하면서 유압을 엔진 힘으로 만드는 것이 아닌 모터를 달아 발생시키는 방식이다. 유압식의 우수한 조향감을 유지하면서 엔진에 벨트를 걸지 않기 때문에 유압식보다 연비 역시 개선되지만 추가된 모터로 인해 가격이 올라가고 구조가 복잡해진다는 단점이 있다. 더불어 2017년 기준으로 출시되는 차량에 적용되고 있는 전동식 파워스티어링 시스템의 경우 유압식보다 구조가 간단하고 유압 구성부품인 파워스티어링 오일펌프, 호스, 오일탱크, 필터 등 및 배선 시스템이 필요 없으며 그로 인해 무게가 가볍고 장착 공간이 절약된다. 또한 엔진 출력을 저하하지 않으며 오일이 전혀 들어가지 않으니 관리에 있어서도 편리하며 친환경적이라는 장점 및 소음이 감소하는 장점이 있다. 특히, 전기기계식 파워 스티어링은 실제로 스티어링 작동력이 보조될 때에만 에너지가 소비되며 이러한 입력 반응 기능은 연료 소비량 감소로 이어진다. 100km 주행 시를 기준으로, 연료 절감 효과는 최대 0.2L 정도이지만 유압식보다 노면의 정보를 운전자에게 제대로 전달하지 못하기 때문에 반응속도가 느리고 직관성이 떨어지는 단점이 있다. 또한 핸들 잠김이라는 표현을 많이 쓰는데, 시스템 고장이 나면 조향이 거의 불가능해지는 문제가 발생해 사고의 원인이 될 수 있다. 유압식 파워스티어링 시스템의 경우 불량이 핸들이 무겁고 뻑뻑해지는 현상이 발생한다. 노후로 오일펌프가 제 역할을 하지 못하고 있거나 파워 스티어링 오일 리저버 탱크 안 두 개의 필터 중 아래쪽 필터가 막혀있기 때문인데 문제를 예방하기 위해 월 1회 간격으로 파워 스티어링 오일양이 최대량과 최소량 사이에 있는지 확인한 후 부족하다면 리저버 탱크의 뚜껑을 열어 오일을 보충해야 한다. 또한 리저버 탱크를 확인했을 때 오일의 양이 점점 줄어든다면 오일의 순환 경로 중 어딘가에서 오일 누유 문제를 의심할 수 있으니 정비소에 들러 점검을 받아보는 것이 좋다. 파워 스티어링 오일의 교환 주기는 차종별로 차이가 있지만, 위에서 안내해 드린 파워스티어링 불량이 나타나는 증상이 느껴지거나, 오일 점검 후 또는 누유가 발생할 때 보충 또는 교환해 주면 된다.[4]
속도 감지 스티어링[편집]
속도 감지 스티어링은 파워 스티어링의 파생물로, 속도에 민감한 스티어링이다. 보통의 스티어링은 저속에서는 크게 지원되고 고속에서는 가볍게 지원된다. 자동차 제조업체는 자동차 운전자가 주차를 위해 조종하는 동안 큰 조향 입력을 해야 할 수도 있지만, 고속 주행 중에는 그렇지 않으리라 판단한다. 현대식 파워 스티어링 시스템에서와 같이 지원의 양을 변경하기보다는 스티어링 휠이 직진 위치로 스프링 되도록 만드는 센터링 캠의 압력을 변경했다. 최신 속도 감지형 파워 스티어링 시스템은 차량 속도가 증가함에 따라 기계적 지원 또는 전기적 지원을 줄여서 직접적인 느낌을 선사하며 점차 차량에 보편화하고 있다.[5]
4륜 조향장치[편집]
4륜 조향장치는 앞뒤 4바퀴를 동시에 방향 조절할 수 있는 장치로, 원래는 차가 전륜만 조향한 데 비해 후륜도 조향하는 장치이다. 기존 2륜 조향장치는 고속 선회 시 전륜에는 핸들에 의한 회전으로 코너링 파워가 발생하지만, 후륜은 차체의 횡 미끄러짐이 발생해야만 코너링 파워가 발생하기 때문에 선회지연과 차체 뒤가 과도하게 흔들리는 문제점이 있었다. 하지만 4륜 조향장치는 고속에서의 차선 변경 시 안정성이 향상되고 차고 진입이나 유턴과 같은 좁은 회전 시 회전반경이 작아져 운전이 용이해진다. 차량 주행 역학의 가장 중요한 목표는 능동적 안전도의 향상, 즉 조향 성능과 승차감의 향상이며 4륜 조향장치는 4륜을 모두 조향하여 조향 성능을 시키는 장치이다. 운전자가 조향 핸들을 작동함에 따라 앞차축에서 생기는 코너링 포스와 뒤차 축에서도 해당 횡축력이 발생하도록 뒷바퀴 조향각을 제어함으로써, 궁극적으로는 차체 무게 중심에서의 측면 미끄럼각을 감소 시켜 안정된 방향을 바꾸게 하는 장치이다. 4륜 조향장치는 차선변경을 위해 전륜을 작은 각도로 조향할 때, 후륜도 거의 동시에 같은 방향으로 조향 되므로 안정된 차선변경이 가능하고 선회 시 후륜도 전륜과 같은 방향으로 조향 되어 코너링 포스가 발생하므로, 차체 후미가 원심력에 의해 바깥쪽으로 쏠리는 스핀 현상 없이 안정된 선회를 할 수 있다. 또한 교차로와 같이 90도의 예각으로 회전을 하거나 유턴을 할 때 후륜은 전륜과 조향 방향이 반대로 되어 내외륜을 작게 한다. 4륜 조향장치의 작동원리는 콘트롤유닛의 차속 신호에 따라서 적합한 신호를 리어 스티어링 컨트롤 박스의 컨트롤 모터로 보내 컨트롤 요크를 회전시킨다. 전륜 조향각에 따라 뒷부분 조향 샤프트가 리어스티어링 컨트롤 박스 내의 베벨기어를 회전 시켜 컨트롤 요크와 베벨기어의 회전이 위상제어기구 내에서 조합돼, 컨트롤 밸브 로드의 스트로크양과 방향을 결정한다. 그다음 컨트롤 밸브 내에서 유로가 변환되어 파워 로드가 후륜을 조향한다.[6] 더불어 르노삼성자동차㈜(Renault Samsung Motors)의 SM6의 베이스 모델은 2015년에 공개된 르노 탈리스만이다. 르노 탈리스만은 D-세그먼트에서 유일하게 4륜 조향장치 기능을 갖춰 주목받았다. 하지만 르노 탈리스만에 장착된 첨단 주행 보조 장치인 4륜 조향장치는 국내 SM6에 도입되지 않았다. 르노삼성자동차㈜가 본격적으로 4륜 조향장치를 도입한 것은 2008년 라구나 GT부터로, 르노삼성자동차㈜ 관계자는 “4륜 조향장치는 네 바퀴 모두 조향 되는 첨단장비로 고성능 스포츠카와 일부 고급 세단 등에 주로 쓰인다”며 “국내에는 관련 법규를 비롯해 원가 상승, 내구성 등을 이유로 도입되지 않았다”고 말했다.[7]
굴절식 스티어링[편집]
굴절식 스티어링은 차량이 수직으로 연결되는 전면 및 후면 절반으로 분할되는 시스템이다. 전방 및 후방 절반은 전방 및 후방 차축과 휠을 포함하여 절반 사이의 각도를 변경하는 하나 이상의 유압 실린더와 연결되어 차량을 조향한다. 이 시스템은 4륜 조향장치처럼 스티어링 암, 킹 핀, 타이로드 등을 사용하지 않는다. 두 차축 사이에 등거리에 배치되면 전륜 및 후륜 차축이 동일한 경로를 따라 동일한 속도로 회전하기 때문에 4륜 구동 차량에서 중앙 차동장치가 필요하지 않다. 또한, 굴절식 스티어링은 비포장도로 성능이 매우 뛰어나다.[5]
각주[편집]
- ↑ 이슬, 〈자동차 부품 이야기〉, 《타고》, 2020-12-07
- ↑ 〈스티어링〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈파워스티어링〉, 《위키백과》
- ↑ 바름정비, 〈파워스티어링 3가지 방식의 장단점 및 관리방법〉, 《네이버 포스트》, 2017-04-18
- ↑ 5.0 5.1 〈스티어링〉, 《위키백과》
- ↑ 차량 기술사, 〈4륜 조향장치란〉, 《네이버 블로그》, 2008-06-20
- ↑ 온라인뉴스팀, 〈한국형 SM6에 없는 르노 비밀병기, 네바퀴 조향 4WS 무엇?〉, 《이투데이》, 2016-01-13
참고자료[편집]
- 이슬, 〈자동차 부품 이야기〉, 《타고》, 2020-12-07
- 〈스티어링〉, 《네이버 지식백과》
- 〈파워스티어링〉, 《위키백과》
- 바름정비, 〈파워스티어링 3가지 방식의 장단점 및 관리방법〉, 《네이버 포스트》, 2017-04-18
- 〈스티어링〉, 《위키백과》
- 차량 기술사, 〈4륜 조향장치란〉, 《네이버 블로그》, 2008-06-20
- 온라인뉴스팀, 〈한국형 SM6에 없는 르노 비밀병기, 네바퀴 조향 4WS 무엇?〉, 《이투데이》, 2016-01-13
같이 보기[편집]
