자동차 조향장치의 역사와 스티어링휠 조작 노하우

알 수 없는 사용자 2015. 4. 10. 10:05

스티어링휠의 역사와 조작 노하우

'운전'이라고 하면 대부분 사람들은 핸들을 이리저리 돌리는 모습을 떠올리기 마련입니다. 그만큼 조향은 운전의 기본이라고 할 수 있습니다. 그만큼 조향장치의 역사도 자동차 역사와 궤를 같이 할 만큼 깊은데요, 오늘은 자동차 조향장치의 역사와 스티어링휠 조작 노하우에 대한 이야기를 하려 합니다.

자동차 조향장치의 역사, 그것이 알고 싶다

1. 자동차 조향장치란?

자동차의 조향장치(操向裝置, steering system)란 자동차의 진행 방향을 운전자의 임의대로 바꾸기 위한 장치를 의미합니다. 이러한 조향장치는 핸들과 조향축으로 구성되어 운전자가 핸들에 가한 회전력에 근거하여 차륜의 조향각을 변화시킵니다. 운전자가 임의로 조향할 때, 이에 조작되는 모든 부품이 조향장치에 속하는 것입니다.

주요 구성 부품들은 조향 휠(steering wheel), 조향 축(steering shaft), 조향 기어(steering gear), 피트먼 암(pitman arm), 드래그 링크(drag link), 타이롯드(tie rod), 너클암(steering knuckle arm), 너클(steering knuckle) 등입니다.

<조향장치의 기본 구성>

<순환 볼 식> <래크/피니언 식>

2. 조향장치의 역사

<칼 벤츠의 최초의 자동차>

1880년대의 자동차에 최초로 적용된 조향장치는 막대기형 핸들이었습니다. 이후 차축이 통째로 돌아가는 피벗식 핸들이 발명됐지만 이는 고장이 잦고 실용성이 떨어져 전륜 차축만 움직이는 조향장치의 개발이 시급했습니다. 전륜 차축만 움직이는 조향장치는 1890년에 말에 이르러서야 고안되었지만 핸들의 모양은 여전히 자전거와 같은 막대기 형태였고, 우리에게 친숙한 원형 핸들은 그로부터 몇 년 후에 이르러서 등장했다고 합니다.

이러한 초창기의 조향장치는 조향의 동력이 없어서 핸들을 돌릴 때 엄청난 힘이 필요했고, 특히 트럭이나 버스 같은 대형차 운전자들은 운전 후에는 몸져눕기가 일쑤였다고 합니다. 그래서 이를 해결하기 위해 1950년대부터는 조향의 동력을 엔진에서 얻어 유압으로 조작하는 파워 스티어링 방식이 등장했습니다.

<파워 스티어링>

엔진으로 유압펌프를 구동해 유압을 저장해 두고, 스티어링 샤프트가 회전하면 그 끝에 달린 유압밸브가 열려 피스톤으로 앞 바퀴 구동축의 전환을 돕는 원리로 돌아가는 파워 스티어링 시스템은 적은 힘으로도 스티어링휠을 가볍게 돌릴 수 있어 소위 ‘파워 핸들’로 많이 불렸습니다.

이 시스템은 개발 초기에는 대형 승용차, 트럭, 버스로 사용 범위가 제한됐으나 1960년대부터 자동차 차체의 앞부분이 무거운 전륜 구동 자동차가 보급되면서부터는 소형 대중자동차에도 장착하기 시작됐습니다. 하지만 파워 스티어링 시스템은 단점도 있었는데요, 스티어링휠이 너무 가벼워지자 고속으로 주행하는 경우 작은 충격에도 심하게 흔들리는 문제점이 발생한 것입니다.

그래서 나온 기술이 바로 '속도감응형 유압조향시스템'입니다. ‘속도감응형 유압조향장치’는 속도에 따라 유압을 조절했습니다. 스티어링휠이 저속에서는 가볍게, 고속에서는 무겁게 반응하기 때문에 기존의 파워 스티어링의 단점을 극복한 것이죠. 하지만 장치가 무겁고 비싸 중·대형차에 주로 적용됐습니다.

최근에는 이러한 단점까지 극복한 ‘전동식 조향장치(MDPS, Motor-Driven Power Steering)’가 등장했습니다. MDPS는 유압 대신 전기로 스티어링휠을 제어합니다. 주행 조건에 따라 운전자가 최적의 조향 성능을 확보할 수 있게 도와주며, 인공지능 역할을 하는 전자제어시스템과 운전자의 미세한 핸들조작도 감지할 수 있는 최첨단 광학식 센서를 통해 주행 안정성을 향상시키는 것이 특징입니다.

이 시스템은 기존 유압식 조향 시스템과 비교할 때 고급 중대형자동차에서나 적용되던 첨단 시스템인 속도감응형보다 성능이 뛰어납니다. 무게도 5Kg 이상 감소됐고, 덕분에 연비도 향상됐습니다. 오일 펌프를 사용하지 않아 환경 오염을 줄였다는 점도 눈에 띕니다. 국내에서는 2007년 초 현대모비스가 국산화하기도 했습니다.

최근 각광받는 차선이탈방지장치(LKAS), 주차보조시스템 같은 지능형운전자보조시스템(ADAS)도 MDPS를 기반으로 작동하는 기술입니다. 미래 자동차 화두로 떠오른 자율주행 기술도 마찬가지입니다. 자동차 스스로 조향하려면 MDPS가 필수기 때문입니다.

이렇게 조향장치의 발달은 자동차의 역사와 궤를 같이 합니다. 조향장치의 발달이 자동차의 발달사 그 자체라고 해도 무방할 정도입니다. 현재의 조향장치는 전자식과 기계식을 혼용해서 사용하고 있지만 전자식 조향장치의 안전성이 완전하게 보증된다면 언젠가는 핸들이 사라지고 조이스틱이나 음성으로 자동차를 운전하는 시대도 찾아올 것으로 전망하고 있습니다. 그 기술이 언제 구현될 수 있을지, 귀추가 매우 주목되네요.

스티어링휠 조작 노하우

안전운전을 위해서는 스티어링휠을 잡는 자세가 매우 중요합니다. 많은 운전자들이 엑셀과 클러치, 브레이크에는 많은 주의를 기울이지만 정작 소홀히 하는 것 중 하나가 바로 핸들링인데요, 좋은 핸들링이 무엇이냐에 대한 답을 내리기는 어렵지만 적어도 '나쁜 핸들링'은 하지 말아야 할 것 같습니다.

운전은 달리거나 속도를 줄이는 것만큼 방향을 바꾸는 것도 매우 중요하며, 운전자의 뜻대로 제때 적절하게 방향을 바꾸지 못한다면 스티어링휠은 없는 것이나 마찬가지라고 해도 무방하겠죠. 이러한 올바른 스티어링휠 조작은 바른 자세에서 나온다고 해도 무방한데요, 그럼 지금부터 이에 대해 하나씩 살펴보도록 해요.

1. 스티어링휠을 잡는 바른 자세

스티어링휠의 조작에서 가장 중요한 점은 휠을 두 손으로 확실히 잡고 있어야 한다는 것입니다. 차의 방향을 바꿀 때는 물론 직진 시에도 두 손으로 잡고 있는 것이 좋습니다. 그렇지 않을 경우 노면이 거친 곳을 지날 때 바퀴가 엉뚱하게 움직여 당황할 수도 있습니다. 스티어링휠은 차가 나가는 방향을 바꿀 뿐만 아니라 곧게 달리게 하기도 합니다.

스티어링휠을 잡을 때는 먼저 시계 바늘이 가리키는 방향을 기준으로 9시 15분에서 10시 10분 사이에 두 손을 가볍게 얹고 팔의 힘을 빼주세요. 이어서 손등이 자신의 얼굴을 향하도록 손목을 살짝 안쪽으로 틀고 엄지손가락으로 가볍게 스티어링휠을 거머쥐며 팔과 겨드랑이가 벌어지지 않게 합니다. 이때 손목을 들지 않고 스티어링휠을 옆에서 움켜 잡으면 팔과 겨드랑이가 많이 벌어져 부자연스러운 자세가 되고 스티어링휠이 작은 충격에도 쉽게 움직이게 됩니다.

2. 논 크로스 핸들링

논 크로스 핸들링은 외국에서는 '셔플 스티어링(Shuffle Steering)' 혹은 '핸드 투 핸드 스티어링(Hand to hand Steering' 으로 불리는 스티어링휠 조작 방법입니다. 방법은 생각보다 간단한데요, '팔을 교차시키지 않고 스티어링휠을 돌리는' 원칙을 지키기만 하면 됩니다.

논 크로스 핸들링에서는 좌우 손이 겹치는 것을 방지하기 위해서 아예 원 처럼 생긴 핸들을 좌우 반으로 구분하여 왼손은 오른쪽을, 오른손은 왼쪽을 침범하지 않도록 합니다. 핸들을 돌리는 원리는 한 손이 당기거나 밀 때 나머지 한 손은 힘을 빼고 핸들을 미끄러뜨리는 것입니다. 이렇게 스티어링휠을 동그란 부분을 잡고 위 아래로 잡아 내리거나 밀어 올리면서 스티어링휠을 조작하면 이렇게 하면 안정된 핸들링을 보장할 수 있습니다. 또, 스티어링휠을 많이 돌려야 하는 경우에도 조작이 훨씬 쉬워집니다. 또, 전방 충돌 시 에어백 전개로 인한 2차 부상을 방지하기에도 용이합니다.

논 크로스 핸들링은 사실 누군가가 특별히 가르쳐주지 않더라도 우리의 본능에 따라 운전하게 되는 방식이라 할 수 있습니다. 운전 시 팔목의 부상을 방지하고 안전을 확보하려면 논 크로스 핸들링을 하시는 게 좋습니다.

3. 크로스 핸들링

크로스 핸들링은 팔을 X자로 교차하며 연속적인 급커브나 돌발상황에 대응할 수 있는 스티어링휠 조작 방법으로, 운전이 어느 정도 숙달되면 크로스 핸들링도 사용하셔도 좋습니다. 크로스 핸들링은 논 크로스 핸들링과 달리 팔을 교차해 한 번에 핸들링하는 방법입니다.

처음에는 느린 속도로 선회 시험장에서 연습하듯 회전 반경이 적은 거리부터 점차 늘려가면 많은 도움이 될 것 같은데요, 크로스 핸들링은 휠에서 손을 떼는 횟수가 적어 급커브 등의 돌발상황에서 좋게 대응할 수 있습니다. 하지만 이러한 크로스 핸들링은 보통 고속 주행이나 스포츠 주행에서 많이 쓰여지는데 정해진 궤도 없이 격하게 핸들링을 하면 자칫 사고로 이어질 수 있다는 점을 유의해주셔야 합니다.

이미지 출처

조향장치의 기본 구성 / 칼 벤츠의 최초의 자동차 : 네이버 지식백과 / 위키피디아

파워 스티어링 / 스티어링휠 잡는 법 : http://www.car-engineer.com / flcikr_leonelponce

조향장치의 변화 / 크로스핸들링 : http://2url.kr/a9c9 /DriverRightUK

논 크로스 핸들링 동영상 URL : https://youtu.be/kB_ewkm9zGo

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