이민우 【현대자동차 승용정비팀 하이테크 센터】
최근 대부분의 중대형 차에는 EPS(일렉트로닉 파워 스티어링 시스템) 시스템이 적용되어 있고, 소형차의 경우에도 부분적으로 적용되는 추세이다.
설마 EPS가 무엇인지 모르는 사람은 없겠지만 EPS를 간단하게 정의하자면 차속에 따른 적당한 조향력을 확보하기 위한 시스템으로 저속 때에는 핸들을 가볍게, 고속 때에는 무겁게 해 주행 안정성을 도모하는 시스템이다.
사실 EPS 시스템은 아주 간단하게 구성되어 있으며 또한 고장도 그리 많이 발생하지 않는 시스템이다. 그러나 여기서 다루게된 이유는 아무리 간단한 시스템의 경우라도 시스템의 중요한 특성에 대한 이해가 없다면 점검 때 어려움을 겪을 수 있기에 흔하지 않은 사례이긴 하나 이번 사례를 통해 EPS 시스템에 대한 내용을 살펴보고자 한다.
증상
간헐적으로 조향 핸들이 무거워 진다.
현상을 좀더 구체적으로 말하자면 냉간 때 차를 워밍업 시키기 위해 고객이 살고 있는 아파트 단지를 1회 정도 운행한 후 약 10분간 아이들 상태로 유지한 다음 출발을 위해 조향 핸들을 돌리면 핸들이 매우 무거워져 두 손으로 돌리기도 힘들다고 한다. 또한 주행 중 정지 후 유턴하기 위해 핸들을 돌리면 핸들이 역시 갑자기 무거워 진다는 것이었다.
그러나 많은 시운전을 해보았으나 현상은 재현되지 않았고, 이와 관련해 이미 파워펌프 및 파워 스티어링 기어박스가 교환된 상태였다.
점검 및 원인
스티어링 기어박스 및 파워펌프를 교환했다고 하니 일단은 기계적인 고장은 아닌 듯 했다. 그러나 차에서는 여전히 간헐적으로 핸들이 무거워 진다고 하니 기계적인 부분인 유압호스의 꺾임 및 오일 상태, 그리고 에어빼기 불량 정도는 생각해볼 여지가 있었다. 그러나 확인 결과 특별한 문제가 없었다.
그렇다면 EPS 컨트롤 계통의 문제로 보이는데 <그림 1>에서 보는 것처럼 EPS 시스템은 아주 간단한 회로로 구성되어 있어 고장날 만한 것이 없어 보였다.
우선 EPS 시스템 자기진단을 실시해 보았다. 그러나 정상이었다. 이번에는 차속별 솔레노이드 밸브의 전류를 측정해 보았다. 차속은 하이스캔 시뮬레이션 기능을 이용해 가상으로 입력한 후 속도별로 측정해 보았다. 측정 결과 <그림 2>와 같이 정상적인 출력을 보였다.
그러나 이는 당연한 일이 아닌가! 현상이 나타난다면 모르겠지만 지금은 정상적인 상태이니 이상 데이터가 나올 리가 없을 것이다. 그러나 한번쯤은 짚고 넘어가야 할 부분이기에 점검해 본 것이다.
마찬가지로 차속 센서에 대한 점검도 실시해 보니 정상적인 파형을 그려내고 있었고 특별한 문제가 없었다. EPS는 차속 신호를 이용해 이미 정해진 값으로 회로의 솔레노이드 밸브를 구동해 스티어링 기어박스의 유량을 바꿈으로써 차속에 따른 적절한 조향력을 제어한다.
전원과 어스 역시 정상이었다.
이제 남은 것은 아이들 스위치였다.
여기서 한번 생각해보자. EPS 시스템에 아이들 스위치가 있어야 하는 이유를 말이다. 알고있는 사람도 있겠지만 이 아이들 스위치는 EPS의 가장 중요한 센서인 차속 센서의 고장 여부를 판단하기 위한 스위치이다.
아이들 스위치는 엔진이 아이들 상태일 때 ON, 가속 때 OFF되는 스위치로 결국 이 신호로써 운전자의 가속 의지를 알아낼 수 있다.
만약 중·고속 주행 중 차속 센서에 고장이 발생되어 차속이 0km/h가 되면 EPS 유니트는 차속에 의해서만 조향력을 제어하므로 차가 정지해 있다고 판정, 조향력을 최소가 되도록 제어하므로 핸들이 너무 가벼워져 주행안전성, 특히 선회 때 문제가 발생될 수 있다. 이때는 차속이 80km/h 정도 때의 조향력으로 세팅해 비교적 안정적인 조향력을 확보할 필요가 있다.
그래서 주행 중 차속 센서의 고장은 반드시 검출해야 하며 이를 보조 신호인 아이들 스위치에 의해 판단한다.
EPS 유니트는 엔진이 아이들이냐 아니냐가 중요한 것이 아니기 때문에 차가 달리고 있느냐, 아니냐를 아이들 스위치를 통해 안다는 것이다. 예를 들어 100km/h 이상으로 주행 중인 차에서 갑자기 차속이 들어오지 않으면 EPS 유니트는 실제로 차가 정지한 것이지, 또는 차속에 문제가 있는 것인지를 알지 못한다. 이때는 아이들 스위치를 기준으로 스위치가 OFF(가속)
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