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[오토저널] 자동차용 전동식 조향장치의 재제조 기술

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2020-04-17 10:26:04

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자율주행자동차 및 전기자동차, 하이브리드자동차에서는 최근 안전성 확보와 자율주차를 위하여 전동식 조향장치의 사용이 급증하고 있으며 유압을 사용하는 대신에 전기적인 모터의 힘을 이용하고 동력을 보조하여 운전자의 조향시 편의를 도모하고 있다. 특히, 자율주행자동차의 경우는 운전자의 조향의지 없이 주행조건에 따라 조향을 쉽게 할 수 있도록 하는 시스템들이 점점 등장하고 있다. 차량의 등급에 따라서 전동식을 사용하는 장치들은 컬럼식(Column Assist Type), 피니언식(Pinion Assist Type), 랙식(Rack Assist Type)으로 구분하고 있으며 소형자동차는 주로 컬럼식, 중형자동차의 경우는 피니언식, 대형스용차의 경우는 랙식을 주로 사용하고 있다.

 

국내의 경우 전기자동차, 하이브리드자동차의 경우는 컬럼식 전동조향장치를 사용하고 있으며 국내 수입하는 자동차의 경우는 주로 피니언식과 랙식을 주로 사용하고 있다. 기존의 유압식 파워스티어링의 경우는 오일펌프만 사용하였지만 지금은 재제조품의 경쟁력이 약화되어 가고 있어 향후에는 전자제어식을 사용하는 파워스티어링 부품의 재제조 기술이 필요할 것으로 판단된다.
 
특히, 하이브리드 자동차의 컬럼식의 경우 필드에서 종종 고장이 발생하여 운전에 악영향을 미치고 있으며 이에 대한 보증 수리를 실시하고 있고 점점 중고차 등 재제조를 위한 기술 개발이 절실히 필요한 시점이라고 본다. 중대형 수입차의 경우에도 종종 필드에서 조향장치에 대한 고장이 발생하여 신품의 경우 매우 고가이기 때문에 이에 대한 재제조 기술 개발 연구와 재제조를 위한 기반을 구축하여 재제조의 기반 확립이 필요한 시점이라고 판단된다.

 

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<그림 1>은 전동식 조향장치에 대한 개략도를 나타낸 것이며 <그림 2>는 메카트로닉스 재제조에 대한 기회요인도를 나타낸 것이다. 최근 유럽에서는 전동식을 사용하는 자동차 섀시부품의 재제조에 대한 관심도가 매우 높아지고 있으며 핵심 부품에 대해 하드웨어뿐만 아니라 메카트로닉스에 대한 재제조도 활발히 이루어지고 있다.

 

<그림 3>은 유럽에서 주요한 섀시 장치들에 대하여 재제조에 대한 고부가가치를 산정한 것으로 메카트로닉스에 대한 재제조 관심이 집중되고 있다는 것을 알 수 있지만 국내는 아직 초보적인 수준이라고 본다. 특히, 메카트로닉스 부분에 대해서는 메이커가 재제조를 위한 정보 제공은 물론 구체적인 시스템의 재제조 정보사항을 재제조업체들에게 제공해 주지 않기 때문에 메카트로닉스에 대한 재제조 기반 기술 개발이 시급하다고 본다.

 

<그림 4>는 전동식 조향장치에 대한 재제조 흐름도를 나타낸 것이다. 이와 같이 유럽에서는 전동식 조향장치에 대한 기계부분과 메카트로닉스에 대한 재제조 기술 개발이 이루어지고 있음을 알 수 있다. 국내는 아직 초보적인 수준으로 지금부터라도 유럽과 같은 자원절약과 하이테크 기술을 적용한 고부가가치의 재제조 산업 육성과 기반 기술 확보가 절실히 필요하다고 판단된다.

 

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<그림 5>는 컬럼식 조향장치를, <그림 6>은 재제조가 필요한 부품들을 나타낸 것이다. 필드에서 고장 발생과 재제조를 위한 기반 기술, 공정 기술 개발, 표준화된 재제조 공정 개발이 필요하며 또한, 재제조를 위한 품질인증 규격 확보 및 시험평가 방법 개발이 필요하다고 본다. <그림 6>은 컬럼식 조향장치에 대한 재제조가 필요한 부품들을 나타낸 것이며 특히, 재제조를 위해서는 다음과 같은 내용에 대하여 집중적으로 개발이 필요하다고 본다.

 

•컬럼식 전동 조향장치의 재제조를 위한 댐핑 커플러(부싱) 부품 개발
–댐핑 커플러 소재 물성 분석, 소재 개발
–차종에 따른 댐핑 커플러 형태 차이에 따른 부품개발 (차종별)
–댐핑 커플러의 부품 제작 및 내구성 평가

 

•컬럼식 전동 조향장치의 재제조를 위한 고장분석 및 복원기술 개발
–FMEA 분석 및 베어링 교환 방법
–재제조 공정 기술 개발
–PCB IC 손상에 따른 복원 및 작동여부 평가 (필요시)
–웜과 웜 휠 간의 백래시 조정방법 및 조정 기술 개발
–토크 센서의 고장진단 방법

 

•컬럼식 전동 조향장치 재제조를 위한 기초 성능평가 장치 개발
–성능 평가 장치 개발(좌우 토크 : 배력)
–작동 내구성 평가 기능을 가진 장치 개발

 

국내의 수입자동차 중 대형승용자동차의 경우는 주로 랙 어시스트 타입의 전동식 조향장치를 주로 사용하고 있으며 특히 모터의 코일 권선 재제조와 <그림 7>과 같은 제어장치의 메카트로닉스에 대한 성능 복원 기술 개발이 시급히 필요하다고 생각한다.

 

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향후에는 기계식보다는 전동식 조향장치가 자동차에 적용되는 증가 추세에 따라서 고부가가치성이 있는 전동식 조향장치의 메카니컬 파트와 메카트로닉스 부분에 대한 재제조 기술 개발 연구와 재제조업체에서는 이러한 기술 진전에 따른 대응이 필요할 것으로 본다. 특히, 영세한 규모의 재제조 업체의 전문인력 확보는 물론 하이테크 기술 개발을 위한 관련 재제조 장비 확보와 지속적인 재제조를 위한 투자도 필요하리라 본다.

 

향후에는 이러한 전동식 조향장치의 급증에 따라 고장 발생시 신품으로 교환할 때에는 모듈단위의 부품 공급으로 소비자의 부담이 가중될 것으로 예상되므로 국내 차종뿐만 아니라 수입차종에 대한 메카니컬 파트와 메카트로닉스에 대한 재제조 표준공정 개발과 제제조를 통해 신품과 동등한 수준의 성능 확보 기술이 절실히 필요한 시점이라고 판단되므로 시급히 이에 대한 재제조 기술 개발이 필요하며 시중에 재제조품을 공급하여 소비자의 부담 가중 해소는 물론 재제조업체의 이익 확보에 심혈을 기울일 때라고 본다.

 

또한, 수입자동차의 경우 메카니컬 및 메카트로닉스에 대한 재제조품이 국내에 공급되고 있는 실정을 고려할 경우 국내 영세한 기술 수준을 극복하기 위하여 하루빨리 이러한 재제조 기술 능력 배양과 전문인력 양성이 시급히 필요하며 향후 자동차 부품의 메카트로닉스 부분에 대한 재제조기술 개발 과제와 기반 구축을 위한 기술 개발 과제 추진이 필요하다고 본다.

 

글 / 나완용 (신성대)

출처 / 오토저널 2019년 4월호 (http://www.ksae.org)  

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