[페이턴트] 자동차 조향장치, 이제 전동 구동방식이 대세
[페이턴트] 자동차 조향장치, 이제 전동 구동방식이 대세
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현대자동차가 2013년 11월 19일 출원(출원번호 제1020130140914호)하고 2015년 9월 1일 등록(등록번호 제101550980호)받은 ' 전동구동장치 통합형 전동식 파워스티어링 시스템 및 그 제어방법' 특허의 대표도면. 그림=키프리스 캡처
현대자동차가 2013년 11월 19일 출원(출원번호 제1020130140914호)하고 2015년 9월 1일 등록(등록번호 제101550980호)받은 ' 전동구동장치 통합형 전동식 파워스티어링 시스템 및 그 제어방법' 특허의 대표도면. 그림=키프리스 캡처

[비즈월드] #. 본 발명은 회전동력을 제공하는 통합모터에 연결되어 회전동력이 제공되어 조향력 제공을 위한 작동유를 펌핑하는 유압펌프와 상기 통합모터의 타단에 동력단속수단을 매개로 연결되며 통합모터의 회전동력이 동력단속수단의 작동 여부에 따라 선택적으로 전달 또는 차단됨으로써 상기 회전동력을 전달받아 작동되는 전동구동장치로 구성된다.

유압펌프와 스티어링 기어박스 사이에 연결되어 작동유가 순환 공급되는 고압호스와 저압호스, 상기 작동유가 유압펌프로부터 스티어링 기어박스로 공급되는 고압호스를 포함하는 경로 상에 마련되어 작동유의 유동량을 조절하는 조절밸브 및 상기 모터 및 조절밸브와 전기적으로 연결된다. 상기 전동구동장치의 구동을 위한 조작신호를 제공받고 상기 전동구동장치의 구동 여부에 따라 동력단속수단을 작동 또는 미작동시키면서 모터 및 조절밸브의 동작을 가변 제어하는 제어기를 포함하는 전동구동장치 통합형 전동식 파워스티어링 시스템 및 그 제어방법이 소개된다.

현대자동차가 2013년 11월 19일 출원(출원번호 제1020130140914호)하고 2015년 9월 1일 등록(등록번호 제101550980호)받은 ' 전동구동장치 통합형 전동식 파워스티어링 시스템 및 그 제어방법' 특허의 요약문입니다.

자동차의 조향장치는 운전자가 조작해 차의 진행 방향을 조정하는 기계장치입니다. ‘핸들’이라고 이야기하는 휠을 좌우로 회전시키면 바퀴도 따라서 회전하며 직진, 좌회전, 우회전, 후진하는 시스템 전체를 말합니다. 전륜구동, 후륜구동, 혹은 4륜구동 등은 회전을 전달하는 방식이 앞바퀴인지 뒷바퀴인지 전체 4개의 바퀴인지 방식을 구분하는 것입니다.

특히 중요한 것은 거친 노면의 충격을 줄여서 핸들에 영향을 최소화하도록 해 주어야 합니다. 일종의 강력한 스펀지 역할입니다. 자동차에서는 스프링과 고무의 탄력성을 이용했습니다.

조향장치는 전동식과 유압식으로 나뉩니다. 두 방식은 각각 나름대로의 장점을 갖고 혼용되어 왔습니다. 전동식은 연비가 우수합니다. 최근 기술개발이 집중되고 있는 자율주행 차량에의 적용이 용이합니다. 유압식은 조향감이 우수하고 작동에 따른 소음이 적습니다.

업계의 기술개발(R&D)는 당연히 전동식 조향장치 쪽으로 쏠릴 수 밖에 없습니다. 차세대 자동차의 주력 중 하나가 자율주행 차량이 될 것이기 때문입니다. 수소전기차량이 일반화되면 굳이 유압식을 사용할 이유가 없어집니다. 이 때문에 전동식 조향장치는 유압식 조향장치의 장점을 흡수하면서 적용 차종이 점차 확대되고 있는 상황입니다.

특허청 관계자는 “전동식 조향장치는 자율주행차에서도 필요한 기본 기술로, 향후 지속적인 연구개발이 필요하다”면서 “특히, 고장안전 등 조향 안정성을 높이는 기술에 대해 특허 및 기술 경쟁력을 높이는 것이 중요하다”고 말했습니다.

표=특허청 제공
표=특허청 제공

특허청 관계자의 말대로 요즘 전동식 조향장치 관련 지식재산권 확보가 크게 늘고 있는 것으로 나타납니다. 특허청에 따르면 2008년 이후 지난해까지 10년 동안 전동식 조향장치 분야의 특허출원은 연평균 246건이었으며 매년 평균치와 유사한 숫자로 비교적 일정하게 유지된 것으로 나타났습니다. 그러나 유압식 조향장치의 특허출원은 2008년 83건에서 지난해의 경우 4건에 불과했습니다. 업계에서 유압 방식에 대한 기술개발에 힘을 쓰고 있지 않음을 나타내고 있습니다.

세부적으로는 유압식의 장점을 전동식에 반영하려는 노력이 특허 출원으로 나타났습니다. 전동식 조향장치의 제어 방법에 대한 특허 출원이 2008년 17건에서 지난해에는 65건으로 연평균 16.1% 증가했습니다. 이 때문에 현 단계에서 전동식 조향장치는 유압식의 장점을 모두 흡수한 것으로 보입니다.

표=특허청 제공
표=특허청 제공

또한 조향장치의 구조 변화를 가져오는 특허 출원도 눈에 뜨입니다. 조향장치는 모터가 실내에 위치하는 컬럼타입, 엔진룸에 위치하는 랙타입으로 나뉩니다. 컬럼타입은 구조와 비용 면에서 강점을 갖고 있으며 랙타입은 조향감이 더 우수하다는 강점을 갖습니다. 지난 2008년까지는 컬럼타입의 특허 출원이 80% 이상으로 절대 비중을 차지했으나 그 이후에는 랙타입의 출원이 앞서기 시작했고 연평균 12%씩 늘어나고 있습니다.

모터가 엔진룸으로 들어가게 되면 실내에서 느끼는 소음의 정도는 크게 줄어들고 따라서 소음을 줄이는 기술은 크게 중요하지 않게 되지요. 이 같은 추세를 반영해 전동식의 약점이었던 소음 문제가 자연스럽게 해결됐고 특허 출원도 줄어들었습니다. 관련 특허 출원이 2008년 35건에서 지난해에는 15건으로 급감했습니다.

자율주행 관련 특허 출원도 늘어나기 시작했습니다. 운전대와 바퀴를 기계적으로 연결하지 않고 전기신호만으로 바퀴의 방향을 조정하는 기술 등이 대표적인 예입니다. 그러나 이 기술은 안전성이 문제로 지적돼 기술 개발에 난항을 겪었습니다. 그러나 최근 고장에 대한 안전성 확보에 대한 기술도 발전해 특허 출원이 늘어났습니다. 2011년 1건이던 것이 지난해에는 16건으로 늘어났습니다.

출원인별로는 국내기업이 94%, 외국기업이 6%를 차지했습니다. 이 중 국내 부품 업체가 71%, 외국 부품 업체가 4%, 국내 완성차 업체가 23%, 외국 완성차 업체가 2%로, 국내 부품 업체가 기술개발을 주도하는 것으로 나타났습니다. 개발을 주도하는 국내 부품업체들의 상당수가 완성차 업계가 프로젝트 형식으로 자금을 투자했거나 공동의 기술개발을 진행하고 있다는 점을 감안한다면 완성차 업계의 더욱 적극적인 노력이 요구되는 시점입니다.


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