1. 개요
Motor Driven Power Steering조향 보조배력 장치의 일종으로, 조향 보조의 동력원으로 전동 모터를 사용하는 파워 스티어링 시스템이다. 종래의 유압식 파워 스티어링과 달리 유압을 배제하고 전동기를 직접 조향계통에 연결해 구동하는 것이다.
원래 이런 시스템의 정식 명칭은 EPS(Electric Power Steering 전동식 파워 스티어링)이며, MDPS라는 명칭은 현대자동차그룹에서만 사용하는 명칭이다.[1] 따라서 본 문서는 현대기아의 전동식 파워 스티어링 시스템을 중점적으로 다룬다.
전동식 파워스티어링 시스템(EPS)은 파워스티어링의 유압을 만들기 위한 엔진 구동손실이 없으므로 연비가 향상되고 무게가 가벼우며, 스티어링 오일이 새는 등의 문제가 없어지므로 정비성이 향상된다. 그리고 자세제어장치나 무인 운전 등 ECU가 스티어링에 개입할 수 있게 해주기도 한다. 이처럼 연비 및 첨단 장비들과의 연계 등의 장점으로 메이커를 불문하고 채용하는 추세다.
1988년 스즈키 세르보에 양산차 최초로 탑재됐다. 모터 및 제어기의 공급원은 미쓰비시전기였다.
ZF나 보쉬 등의 선진 메이커에서 개발한 EPS는 유압식과 비교해도 손색이 없을 정도로 완성도가 높은 편이지만[2], 현대기아차의 MDPS는 초기에 완성도가 많이 떨어서 많은 비판을 받았다.[3] 최근들어 상당 부분 개선되었다는 평을 받는다. 하지만 MDPS가 본격 도입된지 10년이 지난 최근에도 소음 등의 문제로 무상교환이 진행되는 등 문제가 없지는 않은 상황이다.
2. 시스템 구성
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스티어링 구동용 전동기
일단 당연히 전자식 파워 스티어링이니 구동력을 제공할 고토크 모터는 필수요소다. 일반적으로 브러시리스 모터가 사용되지만 소형 차량이나 단가 절감을 목적으로 브러시 모터를 사용하기도 하는데, 차량에 브러시 모터를 사용하는게 납득이 잘 가지는 않겠지만 회전수와 회전 범위가 작기 때문에 차랑 폐차 전까지 브러시가 견딜만한 환경이긴 하다. 라디에이터 냉각팬과 알터네이터도 브러시가 달려있고 항시 회전중임에도 몇년씩 견딘다.
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조향 토크 센서
입력단과 출력단 사이에 있는 토션 바의 비틀림을 감지한다. 이 비틀림을 이용해 운전자가 핸들을 돌리는 힘과 방향을 알 수 있다. 절대형 광학 엔코더나 자기식 엔코더, 레졸버 등을 사용한다. 사실 이런 기능이면 변위 센서가 더 가깝긴 한데 토크 센서라고들 부른다.
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MDPS 제어기 (MDPSCM)
조향 토크 센서로부터 입력을 받아 전동기를 제어한다.
2.1. 종류
MDPS는 조향 모터의 장착 위치에 따라 랙마운트 방식(R-MDPS)와 칼럼마운트 방식(C-MDPS)으로 나뉜다. 두 방식은 공간, 출력, 가격 등의 면에서 각각 장단점이 있다.-
C-MDPS
컬럼(Column), 조향 모터가 차량 내부 스티어링 휠의 기둥에 연결되어 있다. 모터가 엔진의 열과 외기에 노출되지 않아 상대적으로 모터 수명이 더 길고 공간 확보가 유리해 설계가 상대적으로 편하며 단가가 저렴하다는 장점이 있지만[4] 축의 갯수가 많아 구조적으로 높은 스티어링 토크를 감당하기 힘들다는 한계가 있고 운전자와 모터의 위치가 가까워 소음이나 진동을 느끼기 쉬울 뿐더러 사고 발생 시 모터가 운전자의 상반신으로 밀려 들어올 가능성이 있어 안전성을 떨어뜨린다.
컬럼 방식은 조향감이 상대적으로 나쁘다는 평이 많은데 "뭔 축 하나 거친다고 그렇게 평가가 나빠지지?"라고 생각할 수도 있겠지만 실제 구조를 보면 나빠질 수 밖에 없다는 것을 수긍할 수 있다. 일단 바퀴까지의 거리가 먼데다가 스티어링 동력을 전달하는 축이 일직선도 아닌지라 불규칙한 비틀림과 관성으로 인해 조향감 개선에 명확한 한계가 있다. 게다가 핸들 아래의 스티어링 시스템 전체에 강한 스티어링 토크가 걸리게 되는지라 나쁜 조향감을 더욱 스펙타클하게 느끼기 쉽다. 특히, 유압식 파워스티어링에 익숙해져 있던 운전자들은 상당한 위화감을 느끼기 쉬운데, 그 이유 중 하나는 모터가 보조적인 힘을 가하는 위치가 과거의 유압식 파워스티어링 방식과 전혀 다르다는 것이다.
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R-MDPS
랙(Rack), 조향 모터가 바퀴를 조향하는 축에 연결되어 있다.[5] 모터가 조향 축에 동력을 다이렉트로 꽂아주므로 컬럼 방식보다 좋은 조향감을 보여주며 더 많은 스티어링 토크를 견딜 수 있고 모터가 엔진룸에 있어서 운전자가 상대적으로 안전하고 소음 유입이 적다는 장점이 있으나 엔진룸 공간을 차지하며, 모터가 엔진 열기와 외부 환경에 노출되어 있다는 단점이 있다.
랙 방식 MDPS는 다시 듀얼피니언 방식과 벨트구동 방식으로 나뉘는데 벨트구동 방식이 듀얼피니언 방식보다 조향감은 더 좋으나 가장 공간 활용이 불리하고 일정 주기로 벨트 정비가 필요한데 정비 용이성이 헬이다.
3. 장점
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정비성 향상
복잡한 가동 체계와 차량당 약 1~4L의 유압유가 필요한 유압 계통에 비해 구조가 간결하여, 경량화와 정비성 향상에 기여하고 고장요인을 감소시킨다. EPS는 일반적으로 서보 시스템으로 구성 되어 작동하기 때문에 구동 모터와 제어기, 조향 시스템만 갖춰지면 되고 작동 능력과 수명이 외부 환경의 영향을 적게 받는다. 단, 일부 차종에 따라서 소모품인 타이어를 새것으로 교환할때 점검하는 휠 얼라인먼트 정비시에는 EPS의 영점을 맞춰야 하기 때문에 특수 장비가 필요한 경우도 있다.
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연비 향상
유압식은 유압펌프가 항상 엔진 크랭크 축에 연결되어 구동 되고 있어야 하기 때문에 어쩔 수 없이 까먹는 동력이 항시 발생한다. 당연히 조향을 조금만 할 때에는 유압식도 작은 동력을 쓰지만 일단 기계적으로 엔진과 물려있고 그 때문에 계속 돌고 있어야 하므로 어쩔수 없이 어느정도의 손실을 안고 갈 수 밖에 없다. 유압 펌프의 효율도 효율이지만 기어와 벨트로 동력을 전달하는 것은 한 단계만 거쳐도 생각 외로 손실이 생긴다. 그리고 이는 조향력과 무관하게 회전수에 비례하는 고정 손실이므로 고속으로 회전하는 엔진 동력을 끌어다 쓰는 기계식의 한계 상 개선의 여지가 없다.
반면에 전동식은 엔진과 완전히 분리 되어 있어서 필요할때에만 구동력을 신속하게 제공할 수 있을 뿐더러 지속적인 회전으로 동력이 낭비되지도 않기 때문에 연비 개선 효과를 얻을 수 있다. 평균 약 3~5%의 연비 개선 효과를 얻을 수 있으므로 에너지 효율 개선 효과에는 이견의 여지가 없다.
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조향 시스템에 소프트웨어 개입이 용이
파워스티어링이 전자제어 혜택을 받을 수 있게 되므로 조향감을 사용자가 원하는대로 조절할 수도 있고 자동 조향도 구현이 가능하므로 유압식에서는 구현이 힘든 자율주행이나 주차보조시스템, 지능형 자세제어장치등의 구현이 손쉽게 가능하다.
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내구성 향상
유압식 파워스티어링이 장착된 자동차의 설명서를 자세히 읽어보면, 스티어링 휠을 끝까지 돌린 상태로 약 10초 이상 유지하면 안 된다고 나온 경우가 많다. 거기에 과거 리서큘레이팅 볼 방식의 스티어링 시스템을 이용하는 포르쉐나 메르세데스 벤츠 차종의 경우에는 드리프트 같은 슬라이드 주행을 즐기다, 카운터 스티어 조작시에 실수로 스티어링휠을 팍 소리가 날 정도로 끝까지 돌려버리게 되는 행위를 2~3번만 하게 되면 스티어링 기어와 파워스티어링 펌프가 사이좋게 둘다 바로 사망하는 심각한 고질적인 내구성 문제가 있었다. EPS는 이러한 경고내지는 주의문구가 차량 사용 설명서에 거의 나와있지도 않을 정도다. 또한 한국에서는 겪기 어렵긴 하나, 영하 30도 가까이 되는 혹한시에 완전히 식어버린 자동차의 시동을 걸면, 찌이이잉~ 하는 매우 듣기 불쾌하면서도 큰 고주파 소음이 상당한 시간동안 유지되며 나오게 되는데, 이는 파워스티어링의 유압유의 점도가 매우 뻑뻑해져서 파워스티어링 펌프에 무리한 부하가 가해져서 나오는 소음이다. 여기에 추가로 이런 소리가 날때에 스티어링 휠을 돌려보면 거의 무파워에 가까울 정도로 뻑뻑한 데다가 잘못하다간 펌프가 사망하기 딱 좋다. EPS는 이런 상황을 거의 무시할 정도로 작동 가능한 온도의 폭이 매우매우 넓다.
4. 단점
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조향감 문제
근본적으로 유압식과 동력 체계가 다르기 때문에 조향감의 차이가 있을 수밖에 없으므로 기존의 유압식 차량을 타던 운전자는 어느 정도 적응이 필요하다. 또한 시스템이 전자제어에 의존하기 때문에 같은 부품을 쓰더라도 제조사나 차종에 따라 조향감이 다를 수 있다. 유압식이 기계적인 원리로 알아서 어떤 조향감이 생성된다면 전자식은 대부분 소프트웨어로 조향모터를 어떻게 제어하느냐에 따라 결정된다. 그래서 유압식과 비슷한 조작감을 제공하기 위해서는 많은 노하우와 데이터를 필요로 해서 제조사가 이런 경험이 부족한 경우에는 속된 말로 더러운 조작감이 나타나기 쉬워졌고 이게 심하면 결함으로 분류 되기도 한다. 하지만 이 문제는 MDPS 시스템 자체가 못써먹을 물건이라기보다는 신뢰성 있는 부품과 안정적인 시스템 구조가 정형화 되고 경험이 쌓이면 해결되는 문제이므로 시간이 지나면 개선 될 여지가 있다. 그리고 실제로도 국산 차량들의 조향감 평가 역시 과거에 비해서는 많이 좋아지긴 했다. 여전히 유압식에 비해서 조향감이 저평가 되긴 하지만, 특히나 가장 많이 유압식을 타는 현대 포터 같은 용달차 운전자들이 요즘 나오는 MDPS 차량을 탔다고 해서 조향감이 나빠 불편해 하는 경우는 별로 없다. 차량 운전에 장애가 되는 요소는 아니고 그냥 감성과 선호도 문제인 듯.
현재 현기차의 MDPS 핸들이 대체로 가볍게 세팅되는 경향이 있다고들 하기도 하고 비교적 최근에도 핸들이 너무 확확 돌아간다는 의견은 많다. 사실 이는 MDPS 고유의 문제라기 보다 차량의 세팅에 달린 문제라 자동차에 따라서는 체급에 상관 없이 오히려 유압식보다 전자식이 더 묵직한 경우도 많다. 그리고 사실 유압식도 기계적 장치를 통해서 속도에 따른 저항력을 제어한다. 유압식의 구성 자체가 속도에 따라서 알아서 묵직해지고 이런게 아니며, 당연히 이 과정에서 적절한 저항력을 조절하는 것도 전자식과 마찬가지로 유압식도 오랜 시간을 들여서 세팅이 정형화 되고 맞춰진 것이다.
이런 가벼운 세팅은 여성 운전자들은 유압식, 혹은 무겁게 세팅된 핸들을 돌리기 힘들어 하는 경우가 많아 이를 배려하여 약간 가볍게 하는 듯 하다. 요즘은 여성 운전자도 매우 많고, 여성의 평균 근력은 남성의 절반 정도 밖에 안되므로 이를 배려하는 차원이라면 뭐 이해할 수는 있겠다. 그래도 자꾸 말이 나와서 그런지 19년도 들어서는 세팅이 약간 무거워진 편. 저속에서는 유압식보다 가벼우나 고속에서는 더 무거워진 느낌이다.
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신뢰성 문제
파워스티어링이 전자제어를 받을 수 있다는 점은 장점이기도 하지만 동시에 단점이기도 한데 왜냐하면 차량에 전자제어가 도입 된 이래 급발진 등 전자시스템 오류가 의심되는 차량 통제불능 사고가 종종 나고 있기 때문이다. 물론 진실은 저 너머에 있지만 아무래도 유압식에 비해서 전자식 시스템의 고장은 운전자가 대처할 시간이 더 짧고 전조 증상이 없는데다 심지어는 인터넷만 뒤져봐도 MDPS 고장으로 인해 핸들이 혼자서 떠는 등의 각종 사례가 실제로 있었기 때문에 아무래도 신뢰성이 의심 받는 경우가 많다. 유압식은 비록 고장요인이 전자식보다는 월등히 많지만 스티어링 오일이 약간 새는 정도로는 당장 조향력을 상실하거나 하지 않으며, 많이 새더라도 소음이 발생하면서 전조증상이 명확하고 대처시간이 충분하다는 점에서 비교 될만 하다.
또한 MDPS에는 중저가 양산 차량에도 적용될만큼 널리 보급된 차량 서보 시스템이라는 점에 있어서는 거의 최초이므로 이 역시 안전에 대한 많은 관심을 받는 요인이다. 서보모터 제어 시스템은 모터에 투입할 전원을 직접 고속 스위칭을 통해 생성해서 투입해야 하므로 정밀도가 높으면서도 노이즈에 취약한 전류 센서나 위치 센서 등이 투입 되어야 하기 때문이다. 그리고 고전류 스위칭을 하니 자기 자신도 노이즈를 만드는 근원이기도 하며, 12V의 매우 저압에서 작동하는 시스템이기에 외부 잡음과 접지 손상 등의 회로적 고장에도 매우 취약하다.[6] 이런 물건이 생명과 직결되는 조향 시스템에 들어가니 어설프게 만들면 필연적으로 사건 사고를 부를 수 밖에 없다.
그렇기 때문에 MDPS 결함 같은 신뢰성 문제가 특정 메이커에서 집중적으로 자주 터지는 점을 보면 이것도 전자식 자체가 못믿을 물건이라기보다는 역시 만드는 업체가 어디냐에 따라서 갈리는 문제라고 보는 것이 타당하다. 이미 차량은 자동변속과 엔진제어를 전자식으로 구현하고 있고 여기선 별 문제가 없다는 점을 생각해보자.
ECU가 오류를 일으키면 MDPS도 문제가 생길거라는 생각도 종종 있는데 이는 구성이 어떻게 되었느냐에 따라 다르다. MDPS 모터를 ECU가 직접 제어하는 것도 아니고 MDPS 드라이버가 ECU로부터 현재 차량 속도나 아니면 요구 조향토크 등의 부가 정보를 받아서 이를 토대로 모터를 제어할 뿐이다. MDPS는 ECU와 아날로그 통신을 하는게 아니라 CAN으로 연결 되어 있기에 외부 잡음이 통신을 어떻게 할 수는 없으므로 ECU 소프트웨어 자체가 미쳐돌아가서 MDPS에게 조향각 명령을 마구마구 주는게 아니라면 ECU의 문제가 MDPS에 영향을 주기는 어려우며, 대체로 MDPS 자체의 기계적 고장이나 드라이브 고장이 대부분이다.
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내구성 문제
위에 MDPS가 유압식에 비해 내구성이 좋다고 나와 있지만, 현실에서는 정반대의 현상이 벌어졌다. 일부 유압식 차량의 경우 스티어링 유압 계통에 고질병이 있는 것은 사실이지만[7], 국내외 메이커를 불문하고 다수의 유압식 핸들 차량의 경우 폐차할 때까지 아무런 문제를 일으키지 않는 좋은 내구성을 지닌 경우가 많다. 물론 EPS의 경우 유압식에 비해 내구성이 더 우수한 경우도 있지만 이는 해외의 검증된 메이커의 경우에 한한 것이다. 현대기아차의 MDPS는 커플링이 마모되는 결함을 가지고 있다. 이는 안전과 관련된 중대한 결함이다. 이때문에 미국 등 해외 소비자들에게 집단소송을 당하기도 했고 리콜과 무상교체를 반복해왔다.
5. 오해
5.1. 전력 소모의 증가로 전기계통에 큰 부담이 된다?
MDPS의 최대 전력은 약 700~1000W 정도로 생각보다 상당히 크게 잡혀있다. 이 때문에 소비전력이 엄청나게 커서 전기 계통에도 무리가 갈 것이라는 주장이 종종 보이는데 사실 이는 반은 맞고 반은 틀리다. 반이 틀리는 이유는 "전기 계통에 큰 부담이 간다"는게 정확히 무슨 의미인지 모르고서 쓰는 사람들이 많기 때문이다. 이런 경우는 정확한 팩트 체크가 필요하다.- 전기계통의 안정성은 떨어진다.
차량에서 연속으로 끌어 쓸 수 있는 전류의 크기는 알터네이터의 용량으로 결정되며, 최악 조건인 공회전 상태에서 알터네이터가 출력할 수 있는 전류는 일반적으로는 대략 55 ~ 75A 정도 된다. 반면에 MDPS의 최대전류는 일반 세단 기준으로 약 75 ~ 110A로, 주차장에서 주차를 하는 상황 등의 최대부하 조건에 놓이게 되면 알터네이터의 발전량을 몰빵해도 MDPS의 소비전력이 감당이 안 되기 때문에 배터리가 같이 전류를 출력해준다. 즉, 충전이 되는게 아니라 전원으로 작용 할 수도 있다. 이런 상황에 놓이면 알터네이터에 의해 14V로 유지되고 있던 전장 전압이 순간적으로 배터리 전압 수준으로 떨어지면서 전압이 흔들리게 되기에 차량의 다른 전기 기구에 약간의 영향을 줄 수 있다. 예를 들어 노후차량이 주차장에서 주차를 하려고 핸들을 돌릴 때 순간적으로 전조등 밝기가 어두워지는 등의 증상은 이런 문제가 원인일 수도 있다.[8]
이전에는 MDPS 때문에 ECU가 전압부족으로 리셋[9]될 수도 있다는 기적의 논리를 펼치는 사람들도 있는데, 제조사들은 그렇게 멍청한 사람들의 군집이 아니다.[10] 애당초 알터네이터 용량보다 큰 출력이 필요하더라도 배터리가 백업을 해주기 때문에 전장 전압이 ECU가 리셋이 걸릴 정도로 떨어지는건 어림 반푼어치도 없다. 또한 근본적으로 차량의 전원의 품질은 굉장히 나쁜 편이며, 때문에 차량용 장비들은 이런 더러운 전원조건을 다 고려해서 제작된다. ECU는 더더욱 그렇고.
위 내용에서 오해하지 말아야 할 점이 있는게 서있는 상태에서 핸들을 돌린다고 항상 최대전류를 쓰는건 당연히 아니다. 왜냐하면 노면과 타이어 등의 부하조건과 사용자가 요구하는 핸들의 회전속도도 매번 다르기 때문이다. 조향을 빠르게 하려고 할 수록 모터가 더 신속하고 빠르게 움직여야 하기 때문에 그만큼 더 많은 파워를 쓰게 된다. 또한 최대전류는 일반적으로 고려되는 최악의 운용조건에서 어느정도 여유를 줘서 선정하기에 실제로 최대전류까지 다 당기는 상황은 거의 없다.[11] 실제 환경에서는 MDPS 외에도 전기기구가 많기 때문에 최대전류를 다 써서 문제가 생긴다기보다는 애초에 전력 여유가 별로 없어서 위와 같은 문제가 생기는거라고 이해하는게 옳다.
아무튼 MDPS가 붙으면 조건을 따지긴 하지만 결과적으로 전기계통의 안정성이 떨어진 것은 맞는 말이다. 왜냐하면 알터네이터만으로 부하가 커버가 안 되는 영역에서 최대출력으로 작동할 가능성이 있기 때문에 배터리에 대한 의존도가 커졌기 때문이다. 배터리 수명 초과, 과방전, 접촉 불량, 누전, 전선 열화 등의 다소 극단적인 전기적인 문제가 있을 경우, 주차장에서 핸들을 돌리다가 시동이 꺼지거나 핸들이 잠기는 등의 자잘한 전기 고장이 발생할 수 있다. 다만 이런 고장의 근본적인 문제로 전원 사양을 꼽을 수는 없는게, 애초에 배터리가 없는 상황이면 전압이 몇 볼트이건간에 정상적인 동작을 보장할 수가 없다. 공회전 중의 연비와 배기가스 규제를 만족하기 위해서 알터네이터 발전 용량을 섣불리 늘릴 수가 없기 때문이다.
- 그러나 전기 계통 자체에 스트레스를 주지는 않는다.
첫째로, 설계 상 최대전류를 쓰는 빈도가 적다. 왜냐하면 파워 스티어링에 부하가 가장 많이 걸리는 조건은 차량이 서 있을때 조향을 하는 것으로, 이 때 가장 부담을 크게 주지만 이런 상황이 아니면, 즉 주행중이면 바퀴의 마찰부하가 사람의 힘으로도 문제없이 돌아갈만큼 작기 때문에 전류가 얼마 안 들어간다. 설령 핸들을 돌려놓고 유지를 하고 있더라도 모터가 Stall 상태를 유지하고 있을 뿐이면 실질적인 소비전력의 크기는 작다. 따라서 알터네이터를 포함한 전기계통을 어떻게 할만큼 평균소비전력이 큰 것은 아니다. MDPS가 가장 전력을 많이 쓰는 상황은 차량이 정지한 상태에서 핸들을 빨리 돌릴 때임을 기억하자.
전류와 전력의 개념을 혼동하는 사람이 많은데 모터가 열이 많이 나고 전류를 많이 끌어다 쓴다고 해서 항상 소비전력이 큰게 아니다. 발열은 저항과 전류에만 상관관계가 있고 소비전력은 모터가 움직이고 있느냐 = 실제로 일을 하고 있느냐 아니냐가 중요하다.[12] P=VI임을 기억해야 한다. MDPS에 쓰이는 모터는 대부분 모터 드라이버의 제어를 받는 서보 모터이기 때문에[13] 많은 전류를 투입해서 토크를 내고 있더라도 회전을 안 하고 있거나 매우 느리게 회전하고 있다면 모터에 높은 전압을 걸 필요가 없으므로 배터리의 평균 출력전력도 낮게 나온다.[14] 이때 배터리의 피크 전류는 모터 전류와 동일하게 나오지만 배터리 평균 전류는 낮게 나오게 되며, 이는 PWM 제어의 고유 특성이다. 시동 모터와 같은 일반 DC모터는 걸려있는 전압을 모터가 온전히 다 퍼먹게 되어 있지만 EPS용 모터는 그렇지 않기 때문에 특성이 다르다는 점을 명확하게 이해하고 있어야 한다. EPS용 모터 같은 애들은 정격이 12V라고 해서 12V를 그냥 직입으로 때려버리면 박살난다.
둘째로, 차량의 전기계통은 MDPS의 최대전류를 충분히 감당할 수 있게 설계 되었다. 배터리는 시동전류만 수백A씩 몇번이고 당겨줄 수 있으니 당연히 논외. 알터네이터는 공회전 상태에서 발전량이 부족한데 그건 회전수가 부족해서 발전량이 적다는거지, 과부하 상태라서 알터네이터가 고장날 정도로 전기적, 기계적 스트레스가 심하다는 의미가 아니다. 애초에 알터네이터의 정격 전류는 공회전 상태의 발전 전류를 한참 넘어가며, 알터네이터가 발전제어도 겸하기 때문에 전압이 떨어지면 떨어지지 과부하에 시달려서 수명이 까이는 일도 없다.
차량의 전기계통은 비록 연속 출력 가능한 용량이 작을지언정 MDPS나 시동을 걸 정도의 대출력을 잠깐씩 거는 정도는 손쉽게 허용할만큼 과부하 용량이 엄청나게 크게 설계 되어 있다.[15] 그러니 MDPS 때문에 전기계통에 부담이 간다는 것 자체가 있을 수 없는 일이다.
그리고 센터링 때문에 주행중에도 지속적으로 전력을 쓴다는 주장이 있는데 센터링은 서스펜션으로 구현하는 것이다. 토우, 캠버, 캐스터가 왜 있는지를 생각해보면 알 수 있듯이, 핸들에 힘을 가하지 않아도 센터링을 유지할 수 있도록 서스펜션을 세팅한다. 그렇기 때문에 무배력도 특정한 제어없이 센터링을 유지할 수 있는 것이다.
따라서 결론적으로 12V 환경에 MDPS가 장착 되었다고 해도 여유가 약간 빡빡해질 뿐이지 크게 문제 될 것도 없고 없어야 하는게 정상이다.
5.2. 직류 브러시 전동기의 냉각능력 부재?
간혹 초기 MDPS에서 이런 문제가 생기기도 했었는데 잦은 조향을 할 경우 과열 위험이 생기는 것은 가능성이 없는 것은 아니지만 조향 몇번 했다고 과열이 된다면 그건 방열 대책이 미비하거나, 효율이 너무 나쁘거나, 모터 설계 발열이 지나치게 크거나 제어기 고장, 모터의 노화 등등이 원인으로, 애초에 정비가 소홀했던가 설계 단계에서부터 잘못 된 것이다. 위에서 이미 말했다시피 주행중에는 부하가 작으니 최소한 주행중에 과부하로 인한 과열이 뜰 일은 사실상 없고 부하가 가장 많이 걸리는 주차장이라 해도 정상적으로 설계 된 MDPS 시스템이라면 충분히 토크 여유가 있으므로 과열이 날 이유가 없다. 요즘은 MDPS의 품질이 안정되면서 그런지 이런 문제가 생기지는 않는다.5.3. 스티어링 랙과 리턴 감각의 부족
유압식 핸들의 경우 항시 양쪽의 유압이 채워져 있는 상태에서 동작하지만 MDPS의 경우 동작이 인식되면 모터가 어시스트 하는 방식으로 작동한다. 이에 MDPS는 유압식 파워스티어링 휠에 비해 소량 조타, 특히 고속 직선구간에서 살살 보타를 하는 경우에 반응이 한 박자 늦는 느낌이 생긴다고 주장한다. 특히 원가절감에 더욱 절실한 소형차에 많이 채택되는 C-MDPS가 R-MDPS에 비해 이런 이질감이 더욱 많이 느껴지는 경우가 있다고 한다.물론 이러한 이질감은 세팅이나 고성능 하드웨어로 어느정도 보완할 수 있는 MDPS 초기 버전에나 있던 문제로, 이미 많은 차량이 이러한 문제들을 해결해서 출시 되고 있다. 전자식이 유압식보다 더 자유롭고 정밀한 제어가 가능하면 가능하지 유압식보다 제어 성능이 떨어질 수가 없기 때문이다. 단지 시스템이 어떻게 구성이 되었느냐의 차이일 뿐으로, 얼마든지 개선 될 수 있는 문제고 실제로도 전부 개선 되었다. 최근의 MDPS를 잡아보면 스티어링 랙이나 리턴 감각의 부족 따위는 느껴지지도 않을 것이다.
5.4. 시스템 손상시 조향 불가
EPS가 정지하면 아무리 사람 힘으로 돌려도 휠이 돌아가지 않는다는 괴담이 있지만 실제로는 돌아는 간다. 미신타파-전동스티어링 고장 핸들 못돌리나 속칭 잠긴다는 말을 쓰는데, 투시도를 보면 비가역적인 웜기어를 이용하고 있으므로 모터가 돌지 않으면 핸들축은 돌지 않을걸로 보이지만 실제로는 아예 무파워 스티어링이었을 때보다 더욱 강한 힘을 주면 돌아가는 정도. 상식적으로 조금만 생각 해도 알 수가 있는게, 힘을 가하는 축은 그대로 있고 모터는 여기에 힘만 실어주는 구조이므로 돌아가지 않을 이유가 없다. 특히 중앙부는 핸들이 잠겼는지 인식이 안될 정도로 잘 돌아간다. 물론 가장자리로 돌릴 수록 힘이 들어가 유턴 같은건 어렵다.그리고 MDPS 고장은 제조사가 MDPS의 내환경성이나 동작환경을 얼마나 신경썼느냐의 문제이기 때문에 어떤 방식을 썼던간에 빈도만 다를 뿐이지 얼마든지 고장 가능성이 있다. SM6의 R-MDPS 고장사례( 링크)처럼 R-MDPS라고 칼럼식보다 고급이라서 고장이 안난다던가 이런게 아니다.
5.5. 떨어지는 핸들링 느낌
MDPS는 일반적인 유압식 파워 스티어링에 비해 스티어링 휠을 조작하는 느낌이 가볍다. 이는 힘이 약한 운전자에게는 당장 좋을지 몰라도 살짝만 핸들을 움직여도 지나친 움직임을 보이는 문제를 일으킨다. 이러한 조작성 문제를 일으키는 고속 주행에서는 핸들을 무겁게 설정을 바꾼다고 하지만, MDPS를 적용한 많은 차량이 실제 필요한 수준보다 고속 주행에서 핸들이 더 가볍게 돌아간다. 그만큼 저속이나 고속에서 핸들링 느낌이 비슷하다는 뜻. 이는 단순히 운전자의 조작 느낌을 나쁘게 하지만, 안전 주행에도 그리 바람직한 부분은 아니다.물론 이러한 부분들을 보완하기 위해 제조사들이 부지런히 노력하고 있다. 특히 혹평 받는 현대와 기아차들의 MDPS는 사용하는 유저들마다 차이가 있기에 핸들을 돌리는 느낌이 "콘솔 레이싱 게임 핸들 돌리는 느낌" 이라는 평을 들었지만 최근에 발매된 차량들을 기준으로 봤을 때는 많이 개선된 편으로, 차량에 따라서는 오히려 고속에서 유압식보다 MDPS가 더 무겁기도 하다. 딱히 핸들링 느낌이 유압식에 비해 부족하다기보다는 그냥 조향감의 차이로 받아들이는게 좋다.
5.6. 기타
기아 쏘울에서 발생한 MDPS 고장사례. 흔히 알고있는 핸들 잠김현상.
현대자동차그룹 측에서는 R형 MDPS의 공급을 늘이기 위한 노력을 하고 있다. 현대자동차그룹이 R형 MDPS에 인색했던 이유는 독자적인 R형 MDPS 생산 라인이 2개에 불과했고, 그에 따라 생산 여력이 크게 제한되어 있었다. 이에 현대모비스에서는 R형 MDPS 전담 부서를 만들고, 2017년 화성 포승공장 내에 R형 MDPS만 전담하는 독립 공장을 준공했다. 또한, 그동안 외국에서 수입해오던 R형 MDPS 부속의 거의 대부분(94.3%)을 국산화해 생산 비용 자체를 낮추었다.
2017년 10월 현재 새로 준공된 포승공장에서는 하루에 170개의 R형 MDPS를 생산하고 있는데, 공장 가동 수준이 일정 궤도 이상으로 오르면 350개까지 늘려, 매월 만 개 이상의 R형 MDPS를 생산할 것이라고 한다. R형 MDPS는 설계 공차가 마이크로 미터 단위[16]라 공정을 완전 자동화, 분업화하는 것이 불가능해 라인수를 물리적으로 늘리는 것 외엔 증산 방법이 없다. 실제로 반자동화된 자동화 설비가 부속을 배치하듯 반조립해 보내면 한 명씩이 매달려서 공차를 측정하며 완제품을 만드는 식으로 생산한다. 이런 난점 때문에 세계적으로도 단일 공장에서 연간 10만 개 이상의 R형 MDPS를 생산하는 공장은 보쉬의 독일 만하임 공장과 현대 모비스의 포승공장뿐이다. 물론 현대자동차그룹의 연간 차량 판매량은 660만 대를 상회한다.
6. 관련 문서
[1]
예전에 현대자동차에서 유압식 파워스티어링 중 차량의 속도에 따라 유압의 정도를 자동으로 조절해주는 장치가 추가된 '속도감응형 파워스티어링'에 EPS라는 이름을 붙인 적이 있는데 이와 구분하기 위해 다른 이름을 붙인 것으로 추정된다. 당시의 파워스티어링 중 저가형은 엔진회전수 감응형(전자식으로 회전수를 감지하는 것이 아니며 그냥 엔진 회전수에 따라 기계적으로 파워스티어링 펌프가 작동한다)이었고, 고가형은 속도감응형(차량의 속도를 감지하여 파워스티어링 펌프를 전자식으로 제어하기 때문에 'Electronic' 파워스티어링이었던 것이다)이었으며, 이 속도감응형을 EPS라고 불렀던 것이다.
[2]
외산품들도 당연히 초기 개발 과정에서 완성도 문제를 겪었으나 기술력과 노하우를 축적하면서 EPS의 완성도를 높여왔다.
[3]
사실, 유럽 수출형 현대기아의 MDPS 로직은 초기에 말이 많았던 1세대 MDPS도 유압식에 가깝게 세팅되어 있었다. 지역별 차이를 둔 것이 오히려 악재가 된 것.
[4]
R형의 단점 중 하나인 엔진룸과 가까이 위치한 이유 때문에 파손 방지를 위해 단가가 증가한다고 말하는 내용이 있다. 단열, 방수대책을 마련해야 하므로 단가가 증가한다는 이유. 이러한 처리가 필요없는 C형은 상대적으로 단가가 싼 것.
[5]
즉, 과거의 유압식 파워스티어링과 같은 위치이다.
[6]
간단한 논리다. 똑같이 5V 레벨의 노이즈를 받아도 100V 시스템이면 무시할만한 수준이지만 10V 시스템에서는 매우 치명적이다.
[7]
국산차의 경우 르노삼성의 차량이 이런 문제가 심한 편으로 알려져 있다.
[8]
그냥 전류가 커서 전압강하의 영향을 받았을 수도 있다. LED가 아닌 일반 백열 전구는 전압의 변화에 민감하다.
[9]
brown out reset(BOR)
[10]
저렇게 되려면 전장 전압이 5V 아래로 내려가야 하는데,
아무런 부하가 없는 상태에서 배터리 전압이 10V 수준만 되어도 시동이 안 걸린다(3분 20초 참조). 즉, 배터리 전압이 저 모양이면 애시당초 시동이 걸리지 않을 것이다.
[11]
최대전류까지 당겨지면 모터가 그 이상으로 힘을 내지 못하므로 핸들에 저항이 느껴져야 하지만 MDPS가 꺼지는게 아니고서야 모터 힘이 부족해서 핸들이 안돌아간다는 사례는 사실상 없음을 기억하자.
[12]
이게 왜 중요하냐면 결국 MDPS의 핵심은 위치제어로, 모터가 항상 회전하고 있는게 아니기 때문이다.
[13]
DC모터건 AC모터건 이런건 상관 없고 어쨌든 전원 직입용 모터가 아니라는게 중요하다.
[14]
가령 정지 상태의 모터에 10A가 흐르도록 제어한다면 모터에 거의 0V에 가까운 전압을 인가해야 한다. 따라서 전력이 거의 0W에 수렴하므로 배터리 전류 또한 이론상 0A에 가까워야 한다. 실제로는 권선 저항이나 모터 드라이브의 내부저항, 스위칭 손실 때문에 소량의 전력을 소모하지만 여전히 배터리 전류는 모터의 권선 전류보다 훨씬 적을 것이다. 여기서 모터의 RPM을 높인다면 권선전류 10A를 유지하기 위해서 모터 인가해야 하는 전압이 높아짐에 따라 필요 전력도 증가하므로 배터리 전류는 모터의 RPM에 비례해서 증가할 것이다. 파워 스티어링 모터는 서보 모터이기 때문에 필요 토크에 따라 전류를 능동적으로 조절한다.
[15]
과부하 조건이라고 해서 항상 시스템이 파괴되는 조건이 아니다. 제조사가 허용하는 시간 내라면 이 상태를 유지하더라도 문제가 없어야 한다.
[16]
사실상 허용 공차가 없는 수준으로 스티어링휠의 조향각과 실제 바퀴의 조향 사이의 민감도를 생각해보면 이해가 될 것이다. 그리고 이 공차는 부족 조립 중에 계속 변화하기 때매 숙련된 조립공이 매뉴얼과 경험에 의해 조립해야 품질이 보장될 수 있다.
[17]
이제는 생산이 좀 안정되었는지 준중형급 이상 차량이면 옵션에 따라 R-MDPS가 들어가고 있다.