현대차 mdps 관련 전자식(EPS), 유압식 핸들링에 대한 잡설... ~_~

이번 주는 시간이 남아돌기도 하고...
밑에 현대차 관련 여러 리플 보면서 전부터 쓸까말까 고민한 글을 한번 써봅니다. 바쁘신분은 뒤로 넘기세요.

일반적으로 전자식 핸들링이 구형 유압식 파워스티어링보다 주행감각이 떨어지고
안정성면에서도 문제가 있다고 말하는 경우가 많습니다.

각 자동차 동호회에서도 거의 10년 전부터 떠들던 내용이고 이토자게란에 오신분들은 다 한번씩 들어본 얘기입니다.
대표적으로 현-기의 MDPS(c-eps) 관련으로 아반테 MD의 피쉬테일 현상(?)이니 핸들잠김이니 뭐니 말도 많았었고..
지금도 가끔 회자되지요..

그러나..

" 이른바 핸들스티어링의 감각? 정보(information) 전달은 전자식이니 유압식이니
모듈  부품 체계 하나 바꾼다고 쉽게 바뀌거나 규정 될 수 있는 것이 아 님! ."

이걸 이해하려면 기본에 대해서 어느정도 숙지해야 하니 일단 스티어링 시스템에 관하여 아주 간략하게라도
알아 봅시다.
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                                 * 일반적인 랙-피니언 type 스티어링 시스템 모식도 - 출처는 위키.. *

윗짤방 보시면 아주 기본적이며 패밀리 세단에 흔하게 쓰이는 랙-피니언 톱니기어 형식 의 스티어링 시스템이 보입니다.
(대형 트럭에 쓰이는 웜섹터니 웜-롤러 방식 같은것은 일단 제껴놓읍시다. 헷갈리니..ㅋ)

핸들을 돌리면 ==> 조향축(columm)이 돌려지고 ==> 랙-피니언(rack-pinion) 기어가 왼쪽이던 오른쪽이던 쏠려지면
==> 타이로드(tie-rod)가 knucke arm을 잡아당기던 밀던간에 바퀴축이 조향되는 것이죠.

단순하지만 이걸 다시 숙지하시고요..
"파워 스티어링이란 유압식(펌프)이던 전자식(모터)이던간에 이 기본구조에서 모듈을 붙혀서 돌리는 힘에 assist 를 주는것"
이라고 정의도 아울러 외웁시다..


- 유압식 파워스티어링은 대충 이렇습니다.
                                        * 구글링에서 허락없이 퍼왔습니다. 죄송.. *

랙기어에 거의 가깝게 붙어 있어서 유압으로 윔기어의 회전에 힘을 주는것입니다. 그림 보시면 이해가 어렵지 않습니다.

- 전자식 파워 스티어링은 두가지가 있습니다.

• C-EPS ( C olumm 축에 electric motor power steering) - 현-기  mdps etc.
  
• R-EPS ( R ack 기어에 electric motor power steering) - 라세티 프리미어, 후륜구동 대다수..
  

이건 뭐 모터 부착 위치에 따른 분류라고 볼수도 있고 아닐수도 있고 하여간 그렇습니다. ~_~
요즘은 기술의 발전으로 두 방식 모두 성숙단계에 이르러 장단점이 희석되고 있기도 하고요.이건 좀 뒤에서 다시 언급하기로 하고요.

하여간 대충 유압식과 전자식의 장단점을 간단히 짚고 넘어가자면..

-유압식은
타이어에서 들어오는 노면의 감각을 너클암부터 역으로 거슬로 올라갈때 유압식은 비교적 축이 직결되어 있으므로
올바른 정보를 전달해주며 이질감이 적습니다.. 단 항상 유압펌프 부하가 걸려 있으므로 (ALL) 동력을 3~6% 정도 까먹죠..
그리고 핸들 복원력을 가역식 100%는 아니지만 앞바퀴의 복원력 + 랙-피니언 기어의 스프링으로 하는 경우가 많아서
기계적으로 자연스럽게 복원되기도 하고요.

-전자식은
핸들 복원력이라던가 기타 노면의 정보 전달적인 면에서 단절되는 부분이 많고(일부분 비가역식)
인위적으로 ecu에서 모터에 역값을 줘서 가상의 복원력을 만들어내므로 유압식에 비해 이질감이 있습니다.
단지 스티어링이 회전할때 이른바 on demand 일때만 작동하며 그것도 전기를 사용하므로 동력손실이 적고 연비에 잇점이
있죠.. 그래서 일반적으로 연비 관련으로 전자식을 많이 도입한거라고 생각하는 사람들도 많지만..

but
전기모터 쓰는 전자식의 장점은 그게 아닙니다 =_=;
이른바 ecu가 직접 핸들 스티어링을 모터의 힘으로 조작이 가능 하다는데 있습니다.
예를들면 일부 차종에  있는 차선침범방지 장치(lane keep assist)의 경우 ecu가 직접 핸들 스티어링에 일정부분 조작을 가해서
차선을 못침범하게 합니다. 이런 시스템을 갖춘 차들은 당근 전자식 핸들이 답입니다. - 유럽형 파사트가 대표적..
(일부 주차보조 시스템 차도 마찬가지.)

EPS를 조절하는 ECU 컴퓨터의 프로그래밍이 개선되고 가격대 고성능의 CPU가 아울러 쓰이는 요즘 시점에선
근미래에 나올 원격조정이니 자동주행이니 하는 차종도 여기에 해당됩니다.  (ZF 같은 회사에서 벌써 시제품이 나왔습니다.)

또한 유압식에 비해 무게및 공간을 덜 차지 합니다.. 특히 FF 차종에 있어서 이건 축복입니다.
자동차의 레이아웃 구성에서 항상 제약이 많은 FF쪽은 이게 진리죠.. 특히 하이브리드차가 대세여서 그 모듈도 같이 본넷트
안으로 들어가는 요즘 추세?에는 더더욱 그렇습니다.
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여기까지 대충 기본 지식을 숙지 하셨으리라 믿고 MDPS 관련 본론으로 넘어가 봅니다.

 이른바 현대의 MDPS가 C-EPS 방식으로 워낙 악명?을 떨쳐서 C-EPS에 관해 부정적인 인식을 많이 가지게 된것은
사실입니다만.. 동시대에 거의 차이가 없는 C-EPS 모듈로 적용된  유럽 몇몇 회사 FF 차종을 보면
왠만한 유압식 차종 귀싸대기 때려주는 핸들링 감각을 보여줍니다.  특히 대표적인 차종으로 골프 6세대가 있네요.
(아방이 md와 유사한 시절에 시판된 차니까 골프 6세대를 기준 삼아보죠.)

현대와 폭스바겐의 기술적 차이가 eps 시스템에도 나타난것이라고 볼수도 있지만.. 실제로 c-eps 모듈자체는 별 차이가
크지 않습니다. 심지어 소프트웨어 적인 면도 비슷했어요.. 레퍼런스 프로그램은 다 벤더 하청이고 손만 조금 봅니다. (2010년 기준)

그렇다면 왜 두 회사가 적용한 c-eps 비교평가는 극과 극일까요? 

이것은 일반 대중들이 이른바 스티어링 감각에 대해서 잘못된 지식이 있기 때문입니다.

이른바 스티어링 필링..즉 핸들에서 전해져오는 인포메이션과 그걸 접하고 역으로 반응하는 드라이버의 피드백은
단순히 유압식,전자식 스티어링 시스템뿐만 아니라 스티어링 시스템과 결합된
바디와 하체 샤 시 의 설계 에 달려 있기 때문입니다.

즉 어떤차가 코너링을 할때 핸들에서 느껴지는 필링이 나쁜것은 근본적으론 차체설계에 문제가 있다는 얘기 입니다..~_~
(핸들 스티어링 시스템의 문제가 주가 되는 것이 절대 아니고요 <== 이게 잘못된 선입관..)
물론 스티어링 시스템 셋팅이 개판이면 필링이 좋을 수 없는 것이 사실입니다만
적어도 7~80%는 기본 차체 + 하체 설계에서 이미 결정나 있는겁니다.

제가 올해 초까지 4차종 테스트 드라이버 알바? 비슷한거 할때 독일 및 일본메이커에서 준 메뉴얼중에 이런 구절이 있습니다.
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전문 테스트 드라이버는 다음 3가지를 구별할줄 알아야 한다. (번역체 죄송)

1. 좋거나 혹은 나쁘거나 스티어링 필링이 새로 바뀌었을 경우 그 느낌이 써스펜션 댐퍼링에서 유발된것인가?
2. 아니면 비틀림 바디 강성의 부족으로 유발된것인가?
3. 써스펜션이 주행시 그리는 지오메트리가 바디 강성및 스티어링 시스템과 밸런스를 이루는가?
   

==> 스티어링 시스템은 단순 핸들휠 달린 부품이 아니라.. 중요한 샤시의 일부분이며 front 서스펜션 하체 부품의
      일종임을 강조하는 내용입니다. 게다가 서스펜션 자체도 바디 강성으로 집어 넣어서 평가하는 독일넘들 입장에선
      여러번 강조하는 대목이죠.

==> 자동차는 여러부품의 집합체이며 하나의 부품으로 논할수 없다는 소리..

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너무 장황한 이론만 얘기한것 같아서 예시를 들어보겠습니다.
만약에 운전을 할때 과속 방지턱 같은 요철을 만났다고 생각해 봅시다. 역으로 노면 타이어의 감각및 정보전달 과정을
추적해보면

* 다시 윗짤방  복습해서 확인하면서 아래글 읽으시실..*

스티어링 조작을 할때 타이어에 노면의 요철로 인해 진동혹은 접지력에 차이가 생겨 써스펜션 에 충격및 진동 이 발생..
==> 너클암과 타이로드로 진동 충격 전달 (전달하는 충격및 감각이 고무 부싱에 일부분 손실)

==> 랙 피니언에 역기어 감각및 진동 전달....  이 부분은 차체 샤시 벌크 헤드? 일부분 고정 ..

==> 컬럼샤프트 부위로 진동 및 감각 전달 but 이 부위는 차체 서브 프레임 = 엔진 마운트에 고정 되어 있음.
      (샤프트 자체도 조인트로 나뉘어져 있으면 조인트 별로 감각 전달의 손실이 옴. )

==> 운전자가 잡는 휠 부위의 대용량 에어벡, 스위치 모듈에 의한 최종적인 감각 전달 손실 초래..

자 단순히 봐도 스티어링 시스템은 차체와 하체 아주 밀접 결합되어 있습니다. 이것도 그나마 단순화해서 표시한겁니다..

이렇게 여러가지로 감각이 상쇄되고 무뎌진 상태로 운전자는 전륜 타이어의 상태를 유추해야 합니다..
그 다음 그 감각을 토대로 피드백해서 핸들휠을 돌리는 거죠.. ~_~

이 과정을 얼마나 잘 운전자에게 전달하고 그 와중에 불쾌한 진동감을 없애는가?
이것이  그 자동차 회사의 능력 입니다.
 
또한 이 전달 과정 그 와중에  샤시가 심하게 비틀리기라도 하면 스티어링 시스템에 좀더 괴랄한 정보가 전달되겠죠.
그리고 그 요철을 넘어가서 비틀림이 펴지는 순간.... 바로 그 순간 이전 비틀렸을때의 느낌을 바탕으로 핸들휠을 회전하는 운전자및
ecu의 한발늦은 잘못된 피드백은............................................ (상상에 맡깁니다.. 사실 피쉬테일도 이런 문제의 일종..)

그래서 핸들 스티어링 필링의 기본중의 기본은
단단한 바디 강성 과 전체의 발란스.. 그리고 댐퍼 스트로크의 섬세함에 달려 있다고 봐야 합니다.

누가 뭐라고 해도 자동차의 첫째는 차체 입니다. 이거 제가 이토 자게에서 여러번 언급한것 같습니다만..
1st는 차체!  극단적으로 표현하면 파워트레인 따위 갖다 버려도 됨! 차체를 위해서라면...

6세대 골프의 폭스바겐 구형차체 PQ35가 그야말로 고성능을 추구하는 돼지목의 진주같은 플랫폼이었는데 그걸 고집했던
이유가 다 이런것도 포함됩니다.

비슷한 예로 지엠 쉐보레의 delta플랫폼...  라프=크루즈가 있습니다. 라세티 프리미어도 장난감 같은 핸들링은 웃겼지만
차체 강성하나로 밀어 붙여서 피드백은 끝내줬죠.. -0-  

두 플랫폼 전부 유럽(독일)에서 튀어 나왔던것을 체크해 놓으셔도 좋음. 마인드가...


후...

그래서 결론은..

현대차는 MDPS가 문제가 아니라 차체및 하체 발란스가 엉망이여서 스티어링 감각이 안좋다 는겁니다.

최근 현대차들 mdps감각이 좋아졌다는 얘기는 mdps가 크게 개선된것이 아니라 차체가 짱짱해졌다는 반증 이라고

생각하시면됩니다.. 대신 차체 무게는.... 쩝...



덧:  쉐보레 신형 플랫폼 D2UX는 100kg이상 가볍습니다. 아마 다음 세대 차종은 현-기는 무겁고 쉐보레는 가벼운
      재밌는 역전현상을 보실수도..

      but 대세인 폭스바겐 MQB 같은 모듈 구조 형태여서  하이브리드나 전기차에 특화되어 나올 예정이라 
      무게나 중량 같은거 별 차이 없을지도 모릅니다.

     그리고 C-EPS,R-EPS나 다 오류라던가 결함이 없진 않은데.. 유압식 시스템에서도 제조과정상 문제는 항상
     있었으니 이건 딱히 구분안하셔도 되요.

     전자식 시스템도 동력 나가면 기본은 수동으로 작동이 가능합니다. 팔힘이 빠져서 그렇지. (C-EPS도 가능)
                  * c-eps의 끝판왕이라고 불리우는 렉서스의 LFA 조향 시스템.. 엔진 생산마냥 1ㅅ 장인이 직접 자기 이름 새기고
                     조립함.  절대 오류가 나지 않는다던데... (과연) *