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[오토저널] 자동차 등화장치의 수분 제거를 위한 튜닝 기술

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2020-11-09 11:23:02

본문

자동차의 등화장치 중 전조등(일명 헤드램프)은 야간 주행시 운전자의 안전성을 확보해 주는 주요 기능을 하는 자동차 부품이라고 할 수 있다. 자동차에 사용되는 등화장치는 환경오염 저감 및 연비향상을 위하여 최근 할로겐 램프 형태에서 LED로 점점 변화되어 증가하는 추세이다. 또한, 자동차의 전조등을 비롯한 주간주행등, 방향지시등, 실내등과 같은 LED 등화장치의 튜닝 수요도 증가하고 있다.

 

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LED의 광원은 에너지소비량이 낮아 연비향상 및 CO2 배출량을 줄일 수 있고 수명이 할로겐 램프보다는 길어 자동차 등화장치 전반에 LED를 사용하고 있으며, 다양한 디자인을 통한 상품성 향상에 중점을 두고 있다. <표 1>은 광원에 따른 램프의 종류 및 특성을 나타낸 것으로서 LED는 기존 램프들보다 우수한 장점을 가지고 있으나 가격이 비싸다는 것이 단점이다.

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자동차에 사용되는 등화장치는 <그림 1>과 같이 20여종 이상으로 자동차의 안전성과 상품성 향상, 감성을 고려한 LED를 사용하는 램프류들이 점점 증가하고 있으며 승용차뿐만 아니라 대형 자동차에도 LED 램프가 증가하고 있다. 이와 같이 최근 자동차에 적용이 확대되고 있는 LED를 초소형전기차, 전기이륜차, 전동 킥보드 등 퍼스널모빌리티(Personal Mobility) 에도 관련 등화장치를 LED로 적용하는 방안의 검토가 필요하다고 본다.

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이러한 자동차의 헤드램프에 적용되는 기술은 고도의 기술 개발이 필요하며 소자를 비롯한 방열설계, 기존의 리플렉터, 방담(램프 코팅), 방열을 위한 히트 싱크, 방열핀, 부품들의 경량화 등 방수, 방염, 충격, 진동 등 내구 신뢰성을 갖는 요소 기술이 필요하다. 특히, 방열을 위한 통풍과 온도 변화에 따른 헤드램프 내부의 응축에 따른 방지 기술들이 필요하다. 지능형 헤드램프의 등장과 램프의 가격이 상대적으로 높음에 따라 모듈로서 공급하기 때문에 최근에는 LED 헤드램프의 전구만을 교체 가능한 부품들이 등장하고 있다.

이러한 핵심요소 기술을 반영한 LED의 보급 확산을 위하여 튜닝기술 시장 개척 및 인증/평가 방법 개발, 관련 법규정 개편 및 표준화 개발이 필요한 시점이다. 향후, 미래의 헤드램프 기술은 지능형 헤드램프의 등장으로 카메라, 센서들로부터 시인성을 향상시키고 자동차의 방향보다는 운전자의 시각을 맞추는 방향으로 기술이 가속화 될 것으로 예상된다.

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AFLS(Adaptive Front Lighting System)은 일명 적응형 헤드램프 시스템으로서 도로 상황, 기후조건, 주행상황에 따라 운전자의 시야를 최대한 확보해 주어 안전성 확보를 위한 헤드램프로서 차량의 ECU로 부터 각종 주행정보를 받아서 헤드램프에 장착된 구동장치를 통해서 조행핸들을 좌우로 회전시 헤드램프 자체가 조향핸들의 움직인 각도에 맞추어서 헤드램프도 회전하는 시스템으로서 헤드램프가 좌우로 움직이는 스위블링(Swiveling) 기능과 오토 레벨링 센서가 차량의 가감속, 승차인원, 적재량에 따라 헤드램프 조사각도를 일정하게 유지시키는 상하 오토 레벨링 기능을 구현하게 된다.

상대방 운전자의 눈부심을 방지하는 지능형 램프인 AHB(Automatic High Beam)는 상하향 빔의 세기를 자동적으로 바꿔주는 것으로 밝은 곳에서는 하향등, 어두운 곳에서는 상향등으로 자동적으로 변경되는 헤드램프이다. 또한, 상향등 주행시 맞은 편 차량이 나타나면 하향등으로 차량이 지나가면 다시 상향등으로 변환되는 지능형 램프라고 할 수 있다.

ACOL(Adaptive Cut-Off Line) 헤드램프는 AHB 시스템과 같이 카메라의 영상 정보를 통해 전방 차량에 대한 거리 신호를 이용하여 단계적으로 빔의 패턴을 자동으로 변환해 주는 장치도 적용될 것으로 보인다. 이러하듯 자동차의 헤드램프는 점점 기술이 고급화되어 가면서 가격이 점점 상승되어 소비자의 부담이 가중될 것으로 예상되지만 그 성능 및 내구성이 증대되어 가성비가 좋다고 할 수 있으며 특히, 소비자의 감성을 고려한 헤드램프의 디자인과 다양한 색상 등 튜닝을 위한 기술 또한 이에 적합하게 이루어져야 할 것으로 본다.

헤드램프의 고급화 등에 비추어서 설계, 제작단계부터 여러 가지 환경변화에 성능 악화 방지를 위해 노력을 하고 있지만 특히, 방수, 습기에 의한 악영향을 방지하기 위한 튜닝 기술이 필요하며, 먼지, 물, 결로로부터 헤드램프를 안정적으로 보호하기 위한 벤트 구조, 램프 하우징 내의 압력평형 등 수분 제거를 위한 노력이 필요하다.

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<그림 6>과 같이 자동차 헤드램프내의 습기를 유발하는 요인은 하우징을 통한 침투, 벤트를 통한 공기 이동 및 확산 플라스틱으로부터의 탈습 등 3가지 요인으로 수분(습기)이 발생한다.

헤드램프의 습기를 제거하고 통기성을 확보하는 방법은 대류와 확산이다. 개방된 공기가 가로지르도록 하는 통풍방법으로 최소한 2개의 벤팅 튜브가 있어야 하며 공기를 순환시킴으로써 습기가 외부로 배출되도록 하는 방법이다. 이 방법은 압력차이로 작동되는데 온도가 상승하거나 자동차가 이동시 그 움직임으로 압력차가 발생하여 기류를 형성해 습한 공기를 외부로 이동시킨다. 또 하나의 방법은 주변 공기가 하단의 개방구를 통해 유입되고 상단의 개방구를 통해 배출되는 구조인데 이와 같은 개방형은 벤팅시 먼지, 각종 이물질 등이 공기와 함께 헤드램프내로 유입되는 단점을 가지고 있다.

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헤드램프내 수분 제거는 확산을 위한 방법이 현재까지 알려진 기술이다. 확산을 유도하는 방법으로는 캡벤트와 벤트 멤브레인 방법이 있으며 가장 효과적인 방법은 캡벤트로써 이러한 통풍에 따른 헤드램프내의 결로 등을 방지하기 위한 요소기술들이 점점 개발되고 있다.

지금까지는 헤드램프와 관련된 램프 제조사 중심의 기술을 기초로 하여 튜닝을 위한 몇 가지 고려해 할 사항을 살펴보았다. 더불어 자동차 등화장치의 튜닝을 위한 가장 시급한 것은 헤드램프의 내구성을 증대시키는 것이 무엇보다도 중요하다고 생각된다.

그 중에서도 헤드램프 내의 결로현상을 방지하고 헤드램프내의 수분을 흡수하기 위한 튜닝 제품이 필요할 것으로 판단된다. <그림 9>는 국내 흡수제 제조사의 제품으로 헤드램프내의 결로현상 등을 사전에 제거하기 위하여 나노성분의 수분을 흡습하는 형태로 헤드 커버의 더스트 커버에 벤트 원리를 적용하여 헤드램프의 수분을 방지하는 구조의 제품이다.

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<그림 9>와 <그림 10>은 더스트 커버에 흡습제를 삽입시켜서 헤드램프내의 수분을 흡습하는 제품으로 헤드램프의 튜닝을 위한 하나의 요소기술을 적용한 제품이다.

<그림 10>은 흡습제 적용 전과 적용 후의 헤드램프를 비교한 것으로서 흡습제 적용시 램프가 선명하고 뿌연 흔적 등이 없어지는 것과 선명하게 빛을 발휘할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

글 / 나완용 (신성대학교)
출처 / 오토저널 2020년 8월호 (http://www.ksae.org) 
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