△왼쪽부터 김종연 책임연구원, 양승훈 섹터장, 이석원 책임연구원, 박승영 책임연구원.

자동차가 전동화되면서 다양한 부품에 변화가 일어나고 있다. 특히 EPS(Electric Power Steering)는 기존 파워 스티어링에 사용한 유압 대신 모터로 차량 방향을 전환하는 운전 시스템의 핵심 부품으로, 자동차 운행에 중요한 역할을 하고 있다. EPS는 전동 모터의 장착 위치에 따라 칼럼 타입(Column Type), 듀얼 피니언 타입(Dual-Pinion Type), 랙 타입(Rack Type) 세 가지로 구분된다. 그중에서도 칼럼 타입은 중형급 이하 차량에 주로 적용되기 때문에 가격경쟁력과 경량화가 핵심이다.

제38주 차 IR52 장영실상 수상 제품에 현대모비스의 원가 최적화 설계 컬럼 타입 전동식 조향장치가 선정됐다. 이 장치는 별도로 구성돼 있던 모터와 전자제어장치(ECU)를 통합한 파워팩 구조를 적용해 부품 수와 사이즈, 중량을 줄이고 원가 절감을 이뤄냈다.

연구팀은 개발 초기 기존 모터와 ECU가 분리된 타입과 비교해 크기는 26#PER#, 중량은 47#PER#가량 줄인 파워팩을 만드는 데 성공했다. 하지만 동등 수준의 출력을 유지하면서 크기와 중량을 크게 줄이다 보니 발열과 소음 문제가 뒤따라왔다.

수차례의 방열 해석 시뮬레이션을 바탕으로 필요한 방열 소재 성능을 계산한 결과 연구팀은 기존 대비 열전도율이 2배인 고성능 방열 소재를 적용해야 한다는 결과를 얻었다. 이에 더해 추가 도금 처리까지 적용해 동등한 수준의 방열 성능을 확보할 수 있었다. 소음 문제 또한 구조와 재질을 다양하게 적용해가며 최적의 설계 사양을 찾았다. 소프트웨어 측면으로도 모터를 더 정밀하게 제어하는 로직을 개발·적용해 모터 떨림을 감소시켜 소음을 줄이는 데 성공했다.

수상 제품은 고방열 소재를 적용하고 기판 내 도금 처리를 통해 동일 출력을 유지하면서도 모터와 ECU를 하나로 통합한 파워팩 구조를 적용했다. 부품 수가 줄어들면서 공간 활용도가 높아지고 가벼워졌다.

해당 제품은 기존 C-EPS 구조를 최적화함으로써 큰 폭의 경량화를 달성한 것이 가장 큰 특징이다. 차종마다 차이는 있지만 같은 차종의 전 세대 모델 대비 최대 22#PER#까지 절감해 제품 본래 기능인 조향 외에도 제동거리 감소, 가속성능 향상 등 차량 성능 발전에도 기여하고 있다.

주최 : 과학기술정보통신부 주관 : 매일경제신문사 한국산업기술진흥협회

[강민호 기자]