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EPS(Electrical Power Steering) 시스템은 전동기의 설치 위치에 따라 C-EPS(Column-EPS), R-EPS(Rack-EPS), P-EPS(Pinion-EPS)로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 농업용 UTV 차량에 적용할 수 있는 C-EPS 시스템의 이론적 모델링과 실험시스템의 설계 및 제작, 그리고 시작품의 실험을 통하여 조향제어 성능을 검증하였다.

EPS(Electrical Power Steering) 시스템은 전동기의 설치 위치에 따라 C-EPS(Column-EPS), R-EPS(Rack-EPS), P-EPS(Pinion-EPS)로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 농업용 UTV 차량에 적용할 수 있는 C-EPS 시스템의 이론적 모델링과 실험시스템의 설계 및 제작, 그리고 시작품의 실험을 통하여 조향제어 성능을 검증하였다.

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• EPS는 시스템이 간결하여 원가구조가 HPS에 비해 재료비만으로 20만원 이상 절감이 가능하며, 조립공정 간소화에 따른 추가 절감효과를 고려한다면 원가절감에 따른 경쟁력 증대로 매출증대에 크게 기여할 것으로 예상된다. 따라서 본 논문에서는 차후 큰 가능성을 지닌 UTV 차량용 EPS 시스템 구현을 목표로 그 설계 방법과 구동특성을 제시하였다.

제안 방법

• 본 논문에서는 평균 주행속도가 40km/h 이하인 농업용 UTV 차량을 대상으로 토크센서와 직류전동기, 그리고 감속기로 이루어진 EPS 시스템과 구동제어기를 설계 및 제작하여 실시스템에 적용하여 시험하였다. 현재, 전동기 부하시험 장치에 장착하여 시험을 진행하였고, 자작한 전기자동차에 장착하여 실차시험 중에 있으며 차후 UTV 차량에 적용하여 시험을 준비 중이다.

대상 데이터

• 또한, 본 EPS 시스템의 전동기 구동제어를 위해서는 전동기에 원하는 전압을 직접 공급하여 정밀한 제어특성을 가질 수 있는 브리지 회로가 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 자동차용 풀브리지 MOSFET 드라이버로서 Allegro MicroSystems사의 A3941을 사용하였다. [그림 6]은 C-EPS 시스템의 구동제어를 위해 설계 및 제작한 구동제어기 회로를 나타낸다.

성능/효과

• 따라서, 전동 파워스티어링 시스템을 적용하게 되면 상기의 문제점들을 해소할 수 있다. HPS를 대신하여 EPS 시스템을 사용하면, 엔진구동 펌프로부터 연속적으로 동력을 얻지 않고 필요시에만 엔진으로부터 동력을 공급 받으면 되므로 기존 유압방식에 비해 약 3%의 연료절감 효과가 있다. 또한 소프트웨어로 신속히 조향특성을 튜닝할 수 있으므로 개발시간도 단축되고, 시스템 무게와 부피도 축소된다.
• 그리고 차량속도, 연동성, 요(yaw) 댐핑, 능동 복귀 및 조향 감각 설정과 같은 특수한 부가기능을 추가할 수 있다. 마지막으로, 유압액을 사용하지 않으므로 친환경적이고 연료소비와 배기가스 절감효과, 재활용성을 높을 수 있다.

후속연구

• 조향 보조 장치에 관한 외국의 주요 UTV 제작 판매사의 신제품 동향을 분석 결과, 대부분의 판매사 모두 EPS 시스템을 적용하고 있다. EPS는 시스템이 간결하여 원가구조가 HPS에 비해 재료비만으로 20만원 이상 절감이 가능하며, 조립공정 간소화에 따른 추가 절감효과를 고려한다면 원가절감에 따른 경쟁력 증대로 매출증대에 크게 기여할 것으로 예상된다. 따라서 본 논문에서는 차후 큰 가능성을 지닌 UTV 차량용 EPS 시스템 구현을 목표로 그 설계 방법과 구동특성을 제시하였다.
• EPS 시스템의 전동기 구동제어를 위해 적용한 마이크로컨트롤러는 Atmel사의 AVR 8비트 Mega 시리즈의 하나인 AT90CAN64이며 64K 바이트의 ISP 플래시 메모리와 자동차용 네트워크 프로토콜의 하나인 CAN(Controller Area Network) 제어기를 지원한다. 또한, 본 EPS 시스템의 전동기 구동제어를 위해서는 전동기에 원하는 전압을 직접 공급하여 정밀한 제어특성을 가질 수 있는 브리지 회로가 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 자동차용 풀브리지 MOSFET 드라이버로서 Allegro MicroSystems사의 A3941을 사용하였다.
• 현재, 전동기 부하시험 장치에 장착하여 시험을 진행하였고, 자작한 전기자동차에 장착하여 실차시험 중에 있으며 차후 UTV 차량에 적용하여 시험을 준비 중이다. 향후의 연구 계획으로는 다양한 타입의 EPS 시스템의 최적설계를 통해 고속운행 차량에도 적용가능한 구동제어기의 설계 및 제작에 주력할 예정이다.
• 본 논문에서는 평균 주행속도가 40km/h 이하인 농업용 UTV 차량을 대상으로 토크센서와 직류전동기, 그리고 감속기로 이루어진 EPS 시스템과 구동제어기를 설계 및 제작하여 실시스템에 적용하여 시험하였다. 현재, 전동기 부하시험 장치에 장착하여 시험을 진행하였고, 자작한 전기자동차에 장착하여 실차시험 중에 있으며 차후 UTV 차량에 적용하여 시험을 준비 중이다. 향후의 연구 계획으로는 다양한 타입의 EPS 시스템의 최적설계를 통해 고속운행 차량에도 적용가능한 구동제어기의 설계 및 제작에 주력할 예정이다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
전동식 조향장치	전동식 조향장치의 장점은 무엇인가?	하지만 최근 전 세계적으로 환경오염 및 에너지 부족으로 인한 연비 규제가 강화되어 친환경 고연비를 위한 모든 내연 기관의 전자화가 급속히 이루어지고 있다. 특히, 전동식 조향장치 (Electrical Power Steering : EPS)는 기존 HPS 시스템에 비해 연비 향상, 차량중량 감소, 운전편의성 증대, 환경폐기물 감소 등의 장점을 가지므로 기존 HPS에서 EPS로 대체해 나가고 있는 실정이다. 현재, 국내 농촌에서 운반용으로 사용되는 대표적 다목적 차량(Utility Type Vehicle : UTV)은 경운기이다.
다목적 차량	국내 농촌에서 운반용으로 사용되는 다목적 차량은 어떤 단점이 있는가?	현재, 국내 농촌에서 운반용으로 사용되는 대표적 다목적 차량(Utility Type Vehicle : UTV)은 경운기이다. 경운기의 경우 조작이 어려우며, 농촌 고령화에 따른 안전사고도 잦아, 현재 판매량은 미미한 수준이다. UTV 제품은 젊은 사람에게는 조작이 문제 되지 않으나, 국내의 경우 농촌 고령화에 따른 노인들의 운행에는 조작이 어렵다는 점이다. 현재 이러한 사회적인 문제점을 개선하고자 HPS시스템 갖춘 UTV를 개발 시판을 하였으나, 유압동력원 발생을 위하여 유압작업기 구동 시스템과 연동이 필요하여, 복잡한 시스템 구성에 따른 원가 상승폭이 커, 또 다른 매출 증대의 장애요인으로 작용되고 있다.
EPS(Electrical Power Steering) 시스템	EPS(Electrical Power Steering) 시스템은 설치 위치에 따라 어떻게 구분되는가?	EPS(Electrical Power Steering) 시스템은 전동기의 설치 위치에 따라 C-EPS(Column-EPS), R-EPS(Rack-EPS), P-EPS(Pinion-EPS)로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 농업용 UTV 차량에 적용할 수 있는 C-EPS 시스템의 이론적 모델링과 실험시스템의 설계 및 제작, 그리고 시작품의 실험을 통하여 조향제어 성능을 검증하였다.

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