자동차 조향장치의 구성과 특징 알아보기

자동차의 조향장치는 운전자가 차량의 방향을 제어할 수 있게 해주는 중요한 시스템입니다. 이 시스템은 주로 스티어링 휠, 스티어링 샤프트, 랙 앤 피니언, 조향 링크 등으로 구성되어 있습니다.

자동차 조향장치 구성

스티어링 휠은 운전자가 직접 잡고 회전시켜 차량의 방향을 제어하는 부분입니다. 보통 운전대, 핸들(handle)이라고 부르는 스티어링 휠은 손으로 잡는 림(rim), 경음기(horn)가 설치되며, 보편적으로 원형 모양입니다.

 

운전자가 거리, 각도 조절이 가능하고 간편한 조작을 위해 전동 모터나 유압장치가 장착됩니다. 최근에는 다양한 컨트롤러, 에어백 등이 내장되기도 합니다. 스티어링 휠은 운전자가 차량의 방향을 제어하는 주요 인터페이스입니다.

 

 

스티어링 휠을 왼쪽이나 오른쪽으로 회전시키면, 이 움직임이 스티어링 샤프트를 통해 차량의 조향 메커니즘으로 전달됩니다. 이 메커니즘은 일반적으로 랙 앤 피니언 시스템이며, 스티어링 샤프트의 회전 움직임을 바퀴가 좌우로 움직이는 선형 움직임으로 변환합니다.

 

스티어링 휠은 보통 자동차 내부에서 가장 인식하기 쉬운 부분 중 하나로, 운전자에게 차량과 직접적인 상호작용 수단을 제공합니다. 또한 많은 현대 자동차에서는 오디오 컨트롤, 크루즈 컨트롤 및 다른 주요 기능들을 조작할 수 있는 버튼들도 스티어링 휠에 위치하고 있습니다.

 

뿐만 아니라 최근에는 자율주행 기능이 개발되면서 스티어링 휠 디자인과 기능도 변화하고 있습니다. 예를 들면, 일부 고급 자동차에서는 자율주행 모드가 활성화될 때 스티어링 휠이 대시보드 안으로 들어가는 등의 변화를 보여줍니다.

 

스티어링 샤프트는 스티어링 휠이 회전하면 그 움직임이 스티어링 샤프트를 통해 전달됩니다. 스티어링 샤프트는 기본적으로 긴 메탈바로, 이것이 연결되어 있어서 스티어링 휠의 움직임을 차량의 조향 메커니즘에 전달합니다.

 

스티어링 샤프트는 보통 유니버설 조인트 또는 카디안 조인트를 사용하여 제작되며, 이들은 스티어링 샤프트가 차량의 다른 부분과 충돌하지 않으면서도 필요한 각도와 방향으로 움직일 수 있게 해 줍니다.

 

스티어링 샤프트가 회전하면, 이 회전력은 랙 앤 피니언 같은 조향 메커니즘으로 전달됩니다. 여기서 원형 동작이 선형 동작으로 변환되며, 이 선형 동작이 결국에는 차량의 바퀴를 좌우로 움직이게 만듭니다.

 

따라서 운전자가 스티어링 휠을 왼쪽 또는 오른쪽으로 돌리면 차량도 그에 따라 방향을 바꾸게 됩니다.

 

 

랙 앤 피니언은 가장 일반적으로 사용되는 자동차의 조향 메커니즘입니다. 이 시스템은 '랙'이라는 긴 바와 '피니언'이라는 작은 기어로 구성되며, 스티어링 샤프트에서 받은 회전 움직임을 선형 움직임으로 변환합니다.

 

피니언은 스티어링 샤프트에 연결된 작은 기어입니다. 운전자가 스티어링 휠을 돌리면, 이 동작이 스티어링 샤프트를 통해 피니언에 전달됩니다. 랙은 사실상 긴 메탈 바로, 각 끝에는 타이로드(steering tie rod)가 달려 있습니다.

 

타이로드는 차량의 바퀴와 연결되며, 운전자가 방향을 변경하려고 할 때 필요한 움직임을 제공합니다. 스티어링 샤프트에서 전달된 회전 움직임은 피니언 기어를 회전시켜서 랙을 좌우로 움직입니다.

 

이렇게 하면 랙의 선형 움직임이 타이로드를 통해 바퀴에 전달되고, 결과적으로 차량의 방향 변경을 가능하게 합니다. 랙 앤 피니언 시스템의 장점 중 하나는 그 구조가 비교적 단순하다는 것입니다. 이러한 단순성 때문에 고장률이 낮으며 유지보수가 비교적 쉽습니다.

 

조향 링크는 차량의 조향 시스템에서 중요한 부분을 담당하며, 이는 랙 앤 피니언이나 스티어링 박스에서 생성된 움직임을 바퀴로 전달하는 역할을 합니다.

 

일반적으로 조향 링크가 감속기와 연결되는 것은 아닙니다. 랙에서 생성된 선형 동작은 조향 링크를 통해 감속기와 연결되고, 감속기가 바뀌면 바깥쪽으로 있는 타이로드 엔드가 바뀌면서 바깥쪽에 위치한 자동차의 앞바퀴를 왼쪽 또는 오른쪽으로 움직여 차량의 방위를 변경하게 됩니다.

 

 

 

조향 링크의 주요 구성 요소

타이로드는 랙 앤 피니언 또는 스티어링 박스와 바퀴를 직접 연결합니다. 랙에서 생성된 선형 움직임은 이 타이로드를 통해 바깥쪽에 위치한 자동차의 앞바퀴에 전달됩니다.

 

타이로드 엔드는 이 부분은 타이로드가 차량의 바퀴와 연결되는 지점입니다. 운전자가 스티어링 휠을 회전시켜 방향을 변경하면, 이 동작은 스티어링 샤프트, 랙 앤 피니언 (또는 스티어링 박스), 그리고 타이로드를 거쳐서 최종적으로 타이로드 엔드에 도달하게 됩니다.

 

조인트는 볼 조인트나 유니버설 조인트 등 다양한 종류의 조인트들은 차량의 원활한 운동을 가능하게 하며, 방향 변경 시 발생하는 여러 가지 움직임과 충격을 처리합니다.

 

조향 당김 장치 (Steering Damper)는 일부 차량에서 사용되며, 주로 오프 로딩이나 고속 주행 시 발생할 수 있는 조향 오실레이션 (Steering Oscillation) 문제를 해결하기 위해 설계된 부분입니다.

 

기본적으로 "랙에서 생성된 선형 동작"은 "조향 링크"를 거쳐 "바깥쪽으로 있는 타이로드 엔드"에 전달되고, 이는 "바깥쪽에 위치한 자동차의 앞바퀴를 왼쪽 또는 오른쪽으로 움직여 차량의 방위를 변경"하게 됩니다.

 

 

파워 스티어링(Power Steering) 시스템은 운전자가 차량의 방향을 쉽게 변경할 수 있도록 도와주는 기능입니다. 이 시스템은 운전자가 스티어링 휠을 회전시킬 때 필요한 힘을 줄여줍니다. 이는 특히 저속에서 주차나 회전 등의 동작을 수행할 때 유용합니다.

 

파워 스티어링 종류에는 유압식 파워 스티어링(Hydraulic Power Steering, HPS)과 전기식 파워 스티어링(Electric Power Steering, EPS) 있습니다. 유압식 파워 스티어링(HPS) 시스템은 엔진에서 구동되는 벨트에 의해 작동하는 유압 펌프를 사용합니다.

 

 

펌프는 오일(혹은 '파워 스티어링 플루이드')을 압축하여 조향 장치에 압력을 제공하고, 이 압력이 바로 운전자가 느끼는 조향 저항을 줄여줍니다. 전기식 파워 스티어링(EPS) 시스템은 전기 모터를 사용하여 조향 장치에 필요한 동력을 제공합니다.

 

운전자가 방향을 변경하려고 할 때, 센서들이 이 움직임을 감지하고 전기 모터를 작동시켜 조항 저항을 줄여줍니다. EPS 시스템은 HPS에 비해 에너지 효율성이 뛰어나며, 디지털 제어 기능으로 인해 고급 자동차 안정성 및 핸들링 기능과 연계할 수 있는 장점도 있습니다.

 

 

EPS 시스템의 작동 원리

운전자가 스티어링 휠을 회전시키면, 조향 센서가 이 움직임을 감지합니다. 센서에서 수집된 정보는 컴퓨터(일반적으로 "조향 제어 모듈"이라고 함)로 전송되며, 이 컴퓨터는 차량의 속도와 운전자가 가하는 스티어링 휠의 힘 등 여러 요소를 고려하여 얼마나 많은 도움이 필요한지 계산합니다.

 

계산된 정보에 따라 제어 모듈은 전기 모터에 신호를 보내 동력 지원을 제공합니다. 이 전기 모터는 일반적으로 랙 앤 피니언 장치에 직접 연결되거나 별도로 설치된 조항 열(column) 내부에 위치할 수 있습니다. 전기 모터에서 발생한 추가 동력은 스티어링 메커니즘으로 전달되며, 이 결과 운전자가 느끼는 조항 저항이 줄어듭니다.

EPS 시스템의 주요 장점 중 하나는 에너지 효율성입니다. 유압식 파워 스티어링(HPS) 시스템과 달리 EPS 시스템은 오직 필요할 때만 작동하므로 에너지 낭비를 줄일 수 있습니다.

 

 

또한 EPS 시스템은 자동차 엔진과 직접 연결되지 않으므로 엔진 부하를 감소시켜 연료 소비를 줄일 수 있습니다. 뿐만 아니라 EPS 시스템은 정밀한 디지털 제어 기능을 가지고 있으므로 고급 자동차 안정성 및 핸들링 기능과 연계할 수 있습니다.

 

예를 들어, 차량의 속도에 따라 조향 도움의 정도를 조절하는 "변속조향" 기능을 구현할 수 있습니다. 양쪽 다 자주 사용되지만 최근의 많은 신차들에서는 에너지 효율성과 정밀 제어 가능성 때문에 EPS 시스템이 선호됩니다.

 

이런 조향장치들은 주기적인 점검과 유지보수가 필요합니다. 조향 오일은 일정 기간마다 교체되어야 하며, 스티어링 부품들은 마모나 손상 여부를 확인하기 위해 정기적으로 검사받아야 합니다.

 

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