파워 스티어링 시스템이란 무엇입니까? 유형, 작동 등

파워 스티어링은 자동차 업계의 판도를 바꾸는 요소입니다. 이는 운전 경험에 혁명을 일으켰습니다. 이 시스템은 유압식 또는 전기식 메커니즘을 사용하여 바퀴를 조향하는 데 도움을 주도록 설계되었습니다. 이 기술이 출현하기 전에는 운전대를 돌리려면 더 많은 육체적 노력을 기울여야 했습니다. 특히 천천히 움직이거나 정지해 있을 때는 힘들었습니다.

파워 스티어링 기술은 팔에 가해지는 부담을 줄이고 보다 부드러운 제어를 가능하게 합니다. 유압식에서 전기식까지 다양한 형태로 제공되며 각 형태마다 마법이 있습니다. 이 상세 가이드에서 파워 스티어링 시스템에 대해 자세히 읽어 보겠습니다.

파워 스티어링 시스템이란 무엇입니까?

파워 스티어링 시스템은 운전자에게 도움의 손길과 같습니다. 차량의 바퀴를 훨씬 쉽게 돌릴 수 있게 해주는 기계 장치입니다. 그것 없이 큰 차를 회전한다고 상상해 보십시오. 그것은 꽤 운동이 될 것입니다! 이 조향 시스템 내부에는 파워 스티어링 펌프라는 특수 펌프가 있습니다. 이 펌프는 특수 유체를 취하여 스티어링 시스템으로 밀어 넣어 스티어링 휠을 더 쉽게 돌릴 수 있게 해줍니다.

조향 시스템에는 전기식과 유압식의 두 가지 유형이 있습니다 . 둘 다 동일한 작업을 수행하지만 약간 다른 방식으로 수행됩니다. 특히 일정한 속도로 운전하거나 차량이 정지해 있을 때 조종에 도움이 되는 추가 근육을 제공합니다. 오늘날 도로에서 볼 수 있는 대부분의 자동차에는 파워 스티어링 시스템이 장착되어 있습니다. 모든 종류의 자동차에 필수품이 되었습니다.

이제 시간여행을 떠나볼까요? 자동차가 무거워지고 타이어가 바뀌면서 스티어링이 더 어려워졌습니다. 그래서 엔지니어들은 스티어링 휠과 회전 휠 사이에 기어를 추가했습니다. 이 기어를 사용하면 조향이 더 쉬워졌지만 스티어링 휠을 더 많이 돌려야 한다는 의미였습니다.

이를 해결하기 위해 1930년대에 파워 스티어링이 등장했습니다. 대부분의 파워 스티어링 시스템은 스티어링 링키지나 스티어링 기어에 작동하는 유압 부스트를 사용합니다. 스티어링 휠을 돌리면 밸브가 활성화되어 (엔진에서 펌핑된) 압력 오일을 보내 피스톤을 밀어냅니다. 이 유압 부스트는 스티어링 휠이 움직일 때만 도움이 됩니다.

파워 스티어링 시스템은 어떻게 작동합니까?

스티어링 휠은 사용자가 돌리는 회전을 자동차 앞바퀴의 짧고 빠른 움직임으로 바꿉니다. 하지만 어떻게 그렇게 합니까? 바로 파워 스티어링 시스템 때문입니다. 그것이 어떻게 작동하는지 봅시다.

유압 조향 시스템

유압식 파워 스티어링 시스템(HPS)은 모두 유체 동력에 관한 것입니다. 이는 자동차 스티어링의 슈퍼히어로 버전 역할을 합니다. 운전대를 돌리면 자동차 엔진에 의해 구동되는 펌프가 작동합니다. 일련의 튜브를 통해 초압 유압 오일을 밀어냅니다. 이 고압 오일은 내부에 피스톤이 있는 실린더로 향합니다. 

오일은 피스톤을 밀어 올려 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 미끄러집니다. 피스톤이 제 역할을 하면 조향력이 몇 배로 늘어납니다. 이 모든 피스톤의 힘은 자동차의 앞바퀴를 움직이는 데 도움이 되는 기어로 전달됩니다. 스티어링을 부드럽고 쉽게 만들기 위한 태그 팀의 노력입니다.

EPS(전자식 파워 스티어링 시스템)

자동차에 전자식 파워 스티어링 시스템이 있다면 완전히 새로운 게임이 됩니다. 유압유 대신 전기 모터가 도움이 됩니다. 스티어링 휠을 비틀면 스티어링 컬럼에 있는 스마트 센서가 움직임을 감지합니다. 그런 다음 해당 신호를 PCM(파워트레인 제어 모듈)이라고 하는 자동차의 두뇌로 보냅니다. PCM은 빠른 판단을 통해 스티어링 칼럼 끝에 있는 전기 모터에 전기를 보냅니다. 

이러한 모터 기어는 항상 작동할 준비가 되어 있습니다. 적절한 전압 신호가 있으면 전기 모터가 작동합니다. 자동차 배터리에서 전력을 공급받아 그에 따라 근육을 구부립니다. 기어는 조향 시스템과 계속 연결되어 있으며 앞바퀴를 조향하는 데 딱 맞는 양의 추가 힘을 제공합니다. 따라서 피니언 기어가 회전하면 자동차의 랙이 원하는 방향으로 바퀴를 움직일 수 있는 올바른 방향으로 움직이게 됩니다.

파워 스티어링 시스템의 종류

일체형 파워 스티어링

• 일체형 파워 스티어링은 스티어링 휠에 2~5파운드의 힘이 필요할 때 동력 보조를 제공하도록 설계되었습니다.
• 이는 웜 볼 베어링 너트가 있는 스티어링 기어와 웜 샤프트를 따라 있는 유압 랙 피스톤으로 구성됩니다. 유압은 너트를 어떤 방향으로든 움직이는 데 도움이 됩니다.
• 웜 샤프트 스러스트 베어링에 연결된 반응 접촉 밸브는 밸브 본체와 기어 및 피니언 어셈블리 사이의 오일 흐름을 제어합니다.

차량이 직진하면 오일은 펌프에서 열려 있는 중앙 밸브를 통해 저장소로 다시 흐릅니다. 또한 오일은 랙 피스톤을 순환하여 도로 충격을 완화합니다. 차량이 우회전할 때 웜의 움직임으로 인해 제어 밸브가 우회전 실린더로의 유체 흐름을 제한하여 랙 피스톤 오른쪽의 펌프 압력을 증가시키고 볼 너트가 오른쪽으로 이동하게 합니다. 유체 흐름은 좌회전을 위해 좌회전 파워 실린더로 이동하여 랙 피스톤과 볼 너트를 왼쪽으로 이동합니다.

링키지 파워 스티어링

• 링키지 파워 스티어링은 파워 실린더를 스티어링 기어에서 분리하여 스티어링 링키지에 연결합니다. 동력 보조는 스티어링 연결에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 중립 위치(직진 동작)에서는 센터링 스프링이 제어 밸브 어셈블리의 스풀 밸브를 중앙에 고정하여 오일이 파워 실린더의 양쪽으로 흐를 수 있도록 합니다.

상당한 휠 힘으로 차량이 왼쪽으로 회전하면 Pitman의 팔이 스풀 제어 밸브를 움직여 센터링 스프링 압력을 제거합니다. 밸브를 차체 오른쪽으로 이동시켜 유압을 파워 실린더의 오른쪽으로 향하게 하고 바퀴를 왼쪽으로 회전시킵니다. 우회전을 하면 과정이 역전되어 릴레이 로드가 바퀴를 오른쪽으로 회전하게 됩니다.

유압 파워 스티어링

• 1950년대부터 2000년대까지 사용된 유압식 파워 스티어링 시스템은 연속 펌프에 의해 구동되는 유압 보조 장치에 의존합니다. 이 시스템에는 차량에 도움이 필요하지 않을 때 에너지가 낭비되는 등의 단점이 있습니다.
• 엔진으로 구동되는 유압 펌프는 유압유에 압력을 가합니다. 이 유체는 스티어링 휠에 가해지는 힘을 증가시켜 앞바퀴를 돌리는 데 필요한 노력을 줄여줍니다.

운전자가 바퀴를 돌리면 유압 펌프가 피스톤에 작용하는 유체에 압력을 가해 운전자가 입력한 힘을 랙 앤 피니언 메커니즘을 통해 앞바퀴로 전달합니다.

전동식 파워 스티어링(EPS)

• EPS는 유압 부품을 전기 모터 및 센서로 대체하는 현대식 파워 스티어링 시스템입니다.
• 유압력 대신 차량 배터리로 구동되는 전기 모터가 스티어링 기어를 보조합니다. 센서는 스티어링 칼럼의 위치를 ​​감지하고 모터의 토크를 제어합니다.

운전자가 운전대를 돌리면 전자 센서가 입력을 차량의 전기 제어 장치로 전송합니다. 장치는 이러한 입력을 분석하고 피니언 기어와 맞물려 랙에 필요한 토크를 제공하는 전기 모터에 전압 신호를 보냅니다. 랙의 이러한 회전은 앞바퀴를 조종합니다.

전자 유압식 파워 스티어링

• 전자유압식 파워 스티어링은 유압식 파워 스티어링 요소와 전기식 파워 스티어링 요소를 결합한 하이브리드 시스템입니다.
• 기존 유압 시스템과 달리 전기 모터를 사용해 유압 펌프를 구동해 에너지 낭비를 줄인다. 그러나 완전 전동식 파워 스티어링의 모든 기능을 제공하지는 않습니다.

이 시스템에서 유압 모터는 엔진에 의해 구동되는 대신 전기 모터에 의해 구동됩니다. 일부 대형 픽업트럭과 기타 차량에 사용됩니다.

파워 스티어링과 수동 스티어링

파워 스티어링

• 자동차의 파워 스티어링은 보조를 통해 조종이 더 쉬워지므로 운전자가 체력을 많이 사용하지 않아도 됩니다.
• 스티어링 휠에 느껴지는 저항을 줄여주므로 스티어링이 더 빨라집니다.
• 울퉁불퉁한 도로 주행 시 충격을 흡수해 승차감을 더욱 부드럽게 만들어줍니다.
• 운전자는 적은 노력으로 쉽게 스티어링 휠을 제어할 수 있습니다.

수동 조향

• 수동 조향은 운전자가 차량을 조종하기 위해 자신의 힘을 사용해야 합니다.
• 저항이 증가하여 스티어링 휠을 돌리기가 더 어렵기 때문에 파워 스티어링보다 느립니다.
• 울퉁불퉁한 도로에서는 충격 흡수 효과가 떨어지기 때문에 승차감이 더 울퉁불퉁해집니다.
• 운전자는 스티어링 휠을 제어하는 ​​것이 파워 스티어링보다 더 많은 노력과 힘을 필요로 하기 때문에 더 어렵다고 생각합니다.

전동 스티어링과 파워 스티어링

전동 스티어링과 파워 스티어링은 운전자가 스티어링 휠을 돌리는 데 도움을 주는 두 가지 서로 다른 기술입니다. 다음은 전동 스티어링과 파워 스티어링을 간단하게 비교한 것입니다.

전동 조향

기술: 전자식 파워 스티어링(EPS)이라고도 불리는 전자식 스티어링은 운전을 보조하는 전기 모터를 사용합니다.

작동 원리: 스티어링 휠을 돌리면 센서가 움직임을 감지하고 전기 모터에 신호를 보냅니다. 그런 다음 모터는 바퀴를 돌리는 데 필요한 지원을 제공합니다.

장점:

• 전기 모터는 필요할 때만 작동하므로 에너지 효율적입니다.
• 고급 운전자 지원 시스템을 갖춘 최신 차량에 자주 사용되는 보다 정확한 제어 및 조정이 가능합니다.
• 다양한 운전 조건에 맞게 미세 조정이 가능합니다.

단점:

• 이는 전기 부품에 의존하므로 잠재적으로 고장이 나고 더 복잡한 수리가 필요합니다.
• 전기 고장이 발생하면 조향 보조 기능이 상실되어 운전자의 더 많은 노력이 필요할 수 있습니다.

파워 스티어링

기술: 파워 스티어링은 유압식 파워 스티어링(HPS) 및 전자 유압식 파워 스티어링(EHPS)을 포함한 다양한 시스템을 포함하는 더 넓은 용어입니다.

작동 원리: 유압식 파워 스티어링에서는 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프가 유압유에 압력을 가해 바퀴 회전을 돕습니다. 전기 유압 시스템은 유압 구성 요소와 전기 제어 장치를 결합합니다.

장점:

• 전기 문제에 관계없이 일관된 조향 지원을 제공합니다.
• 신뢰의 역사를 지닌 확고한 기술.
• 많은 운전자에게 친숙한 느낌을 제공합니다.

단점:

• 도움이 필요하지 않은 경우에도 유압펌프가 지속적으로 작동하므로 에너지 효율이 떨어집니다.
• 일부 최신 차량의 전자 조향 장치와 동일한 수준의 정밀도와 조정성을 제공하지 못할 수도 있습니다.

결론

파워 스티어링은 1950년대 중반 미국 자동차의 옵션 기능으로 시작되었지만 결국 전 세계적으로 표준이 되거나 사용할 수 있게 되었습니다. 이러한 변화는 전륜 구동 차량의 증가, 차량 크기의 증가, 비용 효율적인 조립 라인 생산, 타이어 폭이 넓어져 조향에 필요한 노력이 증가함에 따라 주도되었습니다. 일부 국가에서는 무거운 차량을 사용하는 경우 동력 지원 없이 저속으로 조종하는 것이 어려운 반면, 가벼운 차량에는 항상 파워 스티어링이 필요한 것은 아닙니다.

조향력 피드백에 대해 1999년에 실시된 연구에 따르면 일반 트럭과 자동차 운전자는 속도가 증가함에 따라 피드백 토크가 증가할 것으로 자연스럽게 예상했습니다. 이러한 선호는 운전자로부터 부정적인 피드백을 받지 않는 초기 파워 스티어링 시스템으로 이어졌습니다. 오늘날 파워 스티어링 시스템은 스티어링 휠을 돌리는 데 필요한 힘을 줄여 운전자가 차량을 조종하는 데 도움을 주고 차량의 편안함과 안정성을 향상시키는 필수 시스템이 되었습니다.