새시 19 > 전자제어 동력 조향장치 (EPS:Electronic Power Steering)

1. 전자제어 동력 조향장치의 개요

조향력은 주행 조건의 변화에 따라 엔진의 공전이나 저속 주행 중에는 가벼운 조향력이 적용되고, 고속 주행에서는 안정성을 얻을 수 있는 적당히 무거운 조향력이 좋다. 이를 실현하기 위해 가벼운 조향 핸들 조작력으로 자동차를 선회할 수 있도록 엔진으로 구동되는 유압 펌프의 유압을 동력원으로 하는 동력 조향 장치의 전자제어 방식[EPS(Electronic Power Steering)]이다.

2. 전자제어 동력 조향장치의 기능 및 종류

(1) 전자제어 동력 조향장치의 기능

제어 밸브가 발생하는 유압이 공급 유량의 제곱에 비례하는 특성에 착안하여 주행속도의 상승에 따라 동력 조향장치에 공급 유량을 감소시켜 조향력을 제어한다. 유량을 지나치게 감소시키면 급 조향을 할 때 응답 지연을 초래하는 경우가 있으므로 주행 속도만으로 제어하는 경우의 조향력 변화량은 다른 방식에 비해 제약을 받으나 일반적으로는 충분한 조향력의 변화량이얻어진다.  조향 속도의 정보를 더하여 제어하는 것에 의해 조향력 변화량을 확대한 방식도 채용되고 있다.  이 방식은 고속쪽에서 유량을 감소키는 것에 의해 연료 소비율의 향상 효과가 얻어지며, 조향기어 박스는 표준 부품으로 되므로 경제적인 장치이다.

(2) 제어 방식 및 종류

1) 속도 감응 방식(유량 제어 방식)

솔레노이드 밸브나 전동기를 주행속도와 기타 조향력에 필요한 정보에 의해 작동하여 고속과 저속 모드에필요한 유량을 제어한다.

속도 감응 방식(유량 제어 방식)

2) 실린더 바이패스 제어 방식

조향기어 박스에 실린더 양쪽을 연결하는 바이패스 밸브와 통로를 두고 주행속도의 상승에 따라 바이패스밸브의 면적을 확대하여 실린더 작용 압력을 감소시켜 조향력을 제어하는 방식이다.  이 방식에서는 바이패스 밸브 내의 흐름 방향이 조향방향에 따라 역회전하므로 좌우의 특성을 갖추기 위해 설계면, 제조면에서 배려가 이루어지고 있다. 급 조향할 때의 응답성 지연의 제약 및 대응 방법은 유량제어 방식과 마찬가지이나 조향력의 변화량은 유량 제어 방식보다 약간 크다. 조향기어 박스에는 바이패스 밸브, 바이패스 통로를 설치하여야 하므로 가격이 비싸며, 연속 가변제어 방식으로 사용되기도 한다.

실린더 바이패스 제어 방식

3) 유압 반력 제어 방식

동력 조향장치의 밸브 부분에 유압 반력 제어기구를 두고 유압 반력 제어 밸브에 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, 급 조향할 때 응답 지연의 문제가 없어 승용차에 바람직한 조향장치이다.

유압 반력 제어 방식

4) 밸브 특성 제어 방식

차속 감응 방식이 아닌 기존의 동력 조향장치에서는 특정 밸브의 특성과 반력 특성과의 조합으로 차량의제원에 적절한 조향력을 설정하고 있다. 밸브 특성 제어 방식의 동력 조향장치는 이 밸브의 특성을 가변으로 하여 조향력을 제어한다. 펌프에서 공급되는 유량을 손실 없이 실린더에 작용하는 압력으로 변환할 수 있어 급 조향을 할 때 응답성이 좋은 차속 감응 방식을 구성할 수 있고 제어 밸브의 구조가 비교적 간단해진다.

회로 밸브 특성                                                    로터 밸브의 단면도

3. 전자제어 동력 조향장치의 작동 및 구조

(1) 구 조

전자제어 동력 조향장치는 전자제어 기술 적용을 기존의 동력 조향장치에 추가하기 위해 조향기어 박스의입력축에 설치된 반력 플런저에 작용하는 유압을 제어하여 조향력에 대한 유압 특성을 주행속도에 따라 변화시킴으로서 주행속도 및 조향상태에 따라 적절한 조향 특성을 얻을 수 있도록 한 장치이다.

(2) 작동 원리

1) 정차 및 저속 주행

정차 또는 저속 주행(0∼60km/h)할 때 컴퓨터에서 솔레노이드 밸브에 약 1A의 전류가 공급되어 솔레노이드 밸브에는 최고로 큰 출력이 위쪽으로 작용한다. 이로 인하여 압력제어 밸브는 위쪽에 위치한 스프링을 압축하면서 상승하여 오일펌프의 유압이 작용하는 오일 회로 A와 반력 플런저로 공급되는 오일 회로 D를 막

는 위치에 있게 되므로 반력 플런저에 작용하는 유압을 제어하면(이때의 유압은 0이다.) 반력 플런저가 입력쪽을 누르는 힘이 없기 때문에 가장 경쾌한 조향을 할 수 있다.

2) 중속 주행(일반적인 주행)

솔레노이드 밸브 및 압력제어 밸브의 위치는 오일 회로 A에서 오일 회로 D로의 통로가 열린다. 이 상태에서조향 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 얻는다.

3) 고속 주행(큰 조향)

솔레노이드 밸브 위쪽에 가해지는 유압은 주행속도의 증가에 따라 감소하여 압력제어 밸브가 아래쪽으로이동하여 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 무거워진다.

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 제어한다. 이 결과주행할 때 노면에서 큰 힘이 작용한 경우에도 조향력을 일정 값 이하로 제어하여 험한 도로를 주행하더라도조향 핸들을 놓치는 일이 없다.