최근 열린 2017 CES와 2017 디트로이트 모터쇼의 화두는 자율주행 및 반자율주행차라고 해도 과언이 아닙니다. 그리고 첨단운전자보조시스템(ADAS)은 자동차의 완벽한 자율주행을 위한 핵심기술이라 할 수 있습니다.
이러한 ADAS는 자율주행차 뿐 아니라 수입차는 물론 국산차에도 빠르게 적용되고 있는 추세로, 부주의 운전경보시스템(Driver Attention Alert), 차선이탈 방지시스템(Lane Keeping Assist System), 지능형 크루즈컨트롤(Advanced Cruse Control) 등이 대표적입니다.
특히 운전자의 부주의 등으로 인해 차선을 넘어서는 경우 자동으로 스티어링 핸들을 차선 안쪽으로 꺾어 차선을 벗어나지 않도록 도와주는 조향보조시스템인 LKAS는 자율주행차의 대표적인 선행기술 중 하나로, 이번 디트로이트 모터쇼에서 소개된 기아 스팅어를 비롯해 제네시스, 현대 그랜저, 아이오닉, 쉐보레 말리부, 크루즈 그리고 쌍용 티볼리 등에 적용되고 있습니다.
LKAS는 오래 전부터 양산차에 적용되어 온 전자식 파워스티어링(Electric Power Steering)이 한 단계 더 발전된 것으로, 카메라로 차선을 인식해 주행중(통상적으로 40~60km/h 이상의 속도) 졸음운전 등 운전자의 부주의로 인해 차선을 넘어가는 경우 위험을 경고해 주는 차선이탈방지시스템(LDWS)과 EPS를 합쳐 놓은 것과 같습니다.
아시다시피 EPS는 기존 유압식 스티어링 시스템 대신 전기모터가 조향력을 보조해 주는 시스템으로 유압을 발생시키기 위한 유압펌프나 오일탱크, 유압호스 등이 없어 구조가 단순하고 친환경적이며, 엔진부하의 감소(엔진이 오일펌프 구동을 하지 않음)로 연비를 향상시키기 위한 목적으로 개발됐습니다.
또한 노면으로부터의 충격을 감소시켜주며, 유압식보다 정밀한 조향이 가능해 정확한 노면 정보의 전달과 정확한 조향을 통한 조향감 및 조종안정성을 향상시켜주는 것이 장점입니다.
EPS ECU와 파워스티어링 모터, 토크 센서 및 요 센서, 감속기어, 스티어링 어셈블리 등으로 구성된 EPS의 작동원리는 운전자가 스티어링 휠을 돌릴 때 발생하는 조향토크를 토크 센서가 감지하고, EPS ECU가 입력된 토크를 바탕으로 조향토크 및 조향각을 연산해 스티어링 모터를 구동시켜 운전자에게 최적의 조향력을 보조해 주는 것입니다.
EPS는 스티어링 모터의 위치(좀 더 정확한 표현은 구동토크의 용량이라 할 수 있습니다)에 따라 컬럼타입 EPS(C-EPS)와 피니언 타입 EPS(P-EPS), 랙 타입 EPS(R-EPS)로 구분할 수 있습니다.
스티어링 컬럼을 구동하는 C-EPS의 경우 구동모터가 운전석 스티어링 휠 아래쪽에 위치하므로 한정된 공간으로 인해 구동토크 용량이 적기 때문에 소형 세단과 준중형세단, 중형세단 및 소형 SUV 모델에 주로 적용되고 있습니다.
R-EPS는 엔진룸 아래쪽 스티어링 랙에 모터가 위치하므로 C-EPS에 비해 상대적으로 구동토크 용량에 제한이 없어 중형세단 및 대형세단, 대형 SUV 모델에 적용되고 있습니다.
통상적으로 C-EPS의 경우 3~4.4Nm의 모터가 사용되며, R-EPS의 경우 5.4~8.8Nm 정도의 모터가 사용됩니다. 또한 최근에는 모터의 고출력 및 소형화, 모터구동 소음 저감, 모터가격 하락 등으로 인해 준중형 세단에도 R-EPS가 적용되고 있는 추세입니다.
이밖에도 EPS ECU의 경우 자동차 안전기준의 강화로 인해 ECU의 고성능화 및 메모리 용량의 증대가 요구되고 있습니다. 이에 따라 EPS ECU의 처리속도가 8비트에서 16비트 이상으로 커짐은 물론 듀얼 코어 CPU가 적용되고 있기도 합니다.
한편 EPS는 앞서 설명드린 바와 같이 자율주행차의 상용화를 앞두고 더욱 고성능화됨은 물론 그 역할 또한 커질 것으로 보입니다.<김아롱 기자=카테크>