주행 과정에서 차량은 운전자의 의지에 따라 주행 방향을 자주 변경해야 하는데, 이를 차량 조향이라고 합니다. 바퀴 달린 차량의 경우, 차량 조향은 운전자가 특수 설계된 메커니즘을 통해 차량의 조향축(일반적으로 전륜축)에 있는 바퀴(조향 휠)를 차량의 세로축에 대해 특정 각도로 편향시키는 방식으로 이루어집니다. 차량이 직선 주행을 할 때, 조향 휠은 노면의 횡방향 간섭력의 영향을 받아 자동으로 편향되어 주행 방향을 변경합니다. 이때 운전자는 이 메커니즘을 이용하여 조향 휠을 반대 방향으로 편향시켜 차량의 원래 주행 방향으로 복귀시킬 수도 있습니다. 차량의 주행 방향을 변경하거나 복귀시키는 데 사용되는 이러한 특수 장치들을 차량 조향 시스템(일반적으로 차량 조향 시스템이라고 함)이라고 합니다. 따라서 차량 조향 시스템의 기능은 차량이 운전자의 의지에 따라 조향 및 주행될 수 있도록 하는 것입니다. [1]
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자동차 조향 시스템은 기계식 조향 시스템과 파워 스티어링 시스템의 두 가지 범주로 나뉩니다.
기계식 조향 시스템
기계식 조향 시스템은 운전자의 물리적 힘을 조향 에너지로 사용하며, 모든 힘 전달 부품이 기계식입니다. 기계식 조향 시스템은 조향 제어 장치, 조향 기어 및 조향 전달 장치의 세 부분으로 구성됩니다.
그림 1은 기계식 조향 시스템의 구성 및 배치에 대한 개략도를 보여준다. 차량이 회전할 때, 운전자는 스티어링 휠 1에 조향 토크를 가한다. 이 토크는 조향축 2, 조향 유니버설 조인트 3 및 조향 전달축 4를 통해 조향 장치 5로 전달된다. 조향 장치에 의해 증폭된 토크와 감속 후의 운동 에너지는 조향 로커 암 6으로 전달되고, 조향 직선 로드 7을 통해 좌측 조향 너클 9에 고정된 조향 너클 암 8로 전달되어 좌측 조향 너클과 그것이 지지하는 우측 조향 너클 13을 조향한다. 우측 조향 너클 13과 그것이 지지하는 우측 조향 휠을 상응하는 각도로 조향하기 위해 조향 사다리꼴도 설치되어 있다. 조향 사다리꼴은 좌우 조향 너클에 고정된 사다리꼴 암 10과 12, 그리고 끝단이 볼 힌지를 통해 사다리꼴 암에 연결된 조향 타이 로드 11로 구성됩니다.
그림 1. 기계식 조향 시스템의 구성 및 배치에 대한 개략도
그림 1. 기계식 조향 시스템의 구성 및 배치에 대한 개략도
스티어링 휠에서 스티어링 구동축까지의 일련의 구성 요소와 부품들은 스티어링 제어 메커니즘에 속합니다. 스티어링 로커 암에서 스티어링 트라페조이드까지의 일련의 구성 요소와 부품들(스티어링 너클 제외)은 스티어링 구동 메커니즘에 속합니다.
파워 스티어링 시스템
파워 스티어링 시스템은 운전자의 물리적 힘과 엔진 동력을 모두 조향 에너지로 활용하는 조향 시스템입니다. 일반적인 상황에서는 차량 조향에 필요한 에너지의 극히 일부만 운전자가 제공하고, 대부분은 파워 스티어링 장치를 통해 엔진에서 공급됩니다. 그러나 파워 스티어링 장치가 고장 나더라도 운전자는 일반적으로 독립적으로 차량을 조향할 수 있어야 합니다. 따라서 파워 스티어링 시스템은 기계식 조향 시스템에 파워 스티어링 장치를 추가하여 구성됩니다.
총중량이 50톤을 초과하는 대형 차량의 경우, 파워 스티어링 장치가 고장 나면 운전자가 기계식 구동계를 통해 스티어링 너클에 가하는 힘으로는 스티어링 휠을 돌려 조향하기에 턱없이 부족해집니다. 따라서 이러한 차량의 파워 스티어링 시스템은 특히 신뢰성이 높아야 합니다.
그림 2. 유압식 파워 스티어링 시스템의 구성 개략도
그림 2. 유압식 파워 스티어링 시스템의 구성 개략도
도 2는 유압식 파워 스티어링 시스템의 구성 및 유압식 파워 스티어링 장치의 배관 배치를 나타내는 개략도이다. 파워 스티어링 장치는 스티어링 오일 탱크 9, 스티어링 오일 펌프 10, 스티어링 제어 밸브 5 및 스티어링 파워 실린더 12로 구성된다. 운전자가 스티어링 휠 1을 시계 반대 방향(좌회전)으로 돌리면 스티어링 로커 암 7이 스티어링 스트레이트 로드 6을 구동하여 앞으로 이동시킨다. 스트레이트 타이 로드의 견인력은 스티어링 너클 암 4에 작용하고, 이 힘은 사다리꼴 암 3과 스티어링 타이 로드 11로 차례로 전달되어 스티어링 타이 로드 11을 우측으로 이동시킨다. 동시에 스티어링 스트레이트 로드는 스티어링 제어 밸브 5의 슬라이드 밸브를 구동하여 스티어링 파워 실린더 12의 우측 챔버가 액면압이 0인 상태로 스티어링 오일 탱크에 연결되도록 한다. 오일 펌프 10의 고압 오일이 조향 동력 실린더의 좌측 공간으로 유입되어 조향 동력 실린더 피스톤에 작용하는 우측 방향의 유압력이 푸시 로드를 통해 타이 로드 11에 작용하여 타이 로드를 우측으로 이동시킨다. 이로써 운전자가 스티어링 휠에 가하는 작은 조향 토크로 지면이 스티어링 휠에 작용하는 조향 저항 토크를 극복할 수 있다.
