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조향장치

정의:자동차의 진행방향을 운전자가 의도하는 바에 따라서 임의로 조작할 수 있는 장치

작동:조향핸들을 조작하면 조향기어에 그 회전력이 전달되며 조향기어에 의해 감속하여 앞바퀴의 방향을 바꿀 수 있도록 되어있다.

원리:현재 조향장치에 적용되는 대부분의 원리는 애커먼 장토식을 따른다.

애커먼(AckermanRudolph)에 의해 발명되고 장토(JeantaudCharles)에 의하여 개량된 원리로, 직진 상태일 때 킹핀(king- pin)과 타이 로드(tierod) 양끝을 연결한 선의 연장선이 뒤 차축의 중심에 교차하도록 되어 있어, 선회할 때 좌우 앞바퀴의 조향각이 자동적으로 차이가 만들어진다. 이는 자동차가 선회할 때 각 바퀴가 옆으로 미끄러지는 것(sideslip)을 방지한다. 따라서 앞뒤바퀴는 어떤 선회상태에서도 중심이 일치되는 원 즉 동심원을 그리게 된다.

PART1.조향장치의 구성과 작용

⓵일체차축 방식의 조향기구

구성요소:조향핸들,조향축,조향기어,피트먼 암,드래그 링크,타이로드,조향너클 암 등으로 구성

<작동방식>

⓵조향핸들을 돌리면 그 조작력이 조향축을 거쳐 조향기어로 전달

⓶조향기어에서는 감속하여 섹터 축을 회전시키며,

⓷섹터 축이 회전하면 피트먼 암이 원호운동을 하여 드래그 링크를 앞뒤방향으로 이동

⓸이에 따라, 오른쪽이나 왼쪽 바퀴가 조향너클에 의해 선회하게 되고, 또 타이로드를 통해 반대쪽 바퀴를 선회시켜 진행방향을 변환시킨다.

⓶독립차축 방식의 조향기구

조향핸들,조향축,조향기어,피트먼 암,타이로드 등으로 구성

독립차축 방식의 조향기구에는 드래그 링크가 없으며 타이로드가 둘로 나누어져 있다.

PART2.컴포넌트 분석

⓵조향핸들:림, 스포크 및 허브로 구성

⓶조향축

조향핸들의 회전을 조향기어의 윔으로 전달하는 축

윔과 스플라인을 통하여 자재이음으로 연결되어 있으며

조향기어와 축을 연결할 때 오차를 완화하고, 도로면으로부터의 충격을 흡수하여 조향핸들로 전달되지 않도록 하기 위해 조향핸들과 축 사이에 탄성체 이음으로 구성

⓷조향기어

조향조작력을 증대시켜 앞바퀴로 전달하는 장치이며,

주로 사용되고 있는 형식은 볼-너트 형식과 래크와 피니언 형식이다.

1)볼-너트 형식(순환 볼 형식)

스크루와 너트 사이에 많은 볼들이 있어 조향핸들의 회전을 볼의 동력전달 접촉으로 너트로 전달

작동은 조향핸들이 회전하면 스크루 홈을 이동하여 너트의 한 끝에서 밖으로 나와 안내 튜브를 지나서 다시 스크루 홈으로 들어간다. 볼은 2줄로 나누어 순환하며, 이 순환운동으로 너트는 직선운동을 하고 섹터는 원호운동을 한다. 마모가 적고 큰 하중에 견디기 때문에 대형차에 많이 사용된다.

2) 래크와 피니언 형식

조향핸들의 회전운동을 래크를 통해 직선운동으로 바꾸어 조향하도록 되어 있으며, 조향축 아랫부분에 피니언이 래크와 결합되어 있다. 따라서 래크는 피니언의 회전운동에 따라 조향기어 내에서 좌우로 직선운동을 하여 그 양끝의 타이로드를 거쳐 좌우의 조향너클 암을 이동시켜 조향한다. 소형, 경량이며 낮게 설치가 가능하여 승용자동차에 많이 사용된다. 노면으로부터의 충격이 직접 조향 휠에 전달되므로 중간에 충격흡수기구를 설치해야한다.

⓸피트먼 암

조향핸들의 움직임을 일체차축 방식 조향기구에서는 드래그 링크로 전달하는 것

그 한쪽 끝에는 테이퍼의 세레이션을 통하여 섹터 축에 설치되고, 다른 한쪽 끝은 드래그 링크나 센터링크에 연결하기 위한 볼 이음으로 되어있다.

⓹드래그 링크

일체차축 방식 조향기구에서 피트먼 암과 조향 너클 암을 연결하는 로드

드래그 링크는 앞바퀴의 상하운동으로 피트먼 암을 중심을 원호운동을 한다.

양끝의 볼 이음부분에는 도로면의 충격이 조향기어로 전달되지 않도록 스프링이 들어 있다.

(6) 타이로드

독립차축 식의 조향기구 중 래크와 피니언 형식의 조향기어를 사용하는 경우에는 조향기어와 직접 연결되며, 볼트-너트 형식 조향기어를 사용하는 경우에는 센터링크의 운동을 양쪽 조향 너클 암으로 전달하며, 2개로 나누어져 볼이음으로 각각 연결되어 있다.

(7) 조항너클 암:일체차축 방식 조향기구에서 드래그 링크의 운동을 조향너클로 전달하는 기구

(8) 일체차축 방식 조향기구의 앞차축과 조향너클

일체차축 방식의 앞차축은 양쪽 끝에 스프링시트가 용접되어 있고,킹핀 설치부분에 킹핀을 통해 조향너클이 설치된다.

조향너클은 킹핀을 통해 앞차축과 연결되는 부분과 바퀴 허브가 설치되는 스핀들 부분으로 되어있어 킹핀을 중심으로 회전하여 조향작용을 한다.

앞차축과 조향너클의 설치방식에는 엘리옷형(앞 차축 양끝 부분이 요크로 되어 있음),역 엘리옷형(조향너클에 요크가 설치된 것),마몬형(앞차축 윗부분에 조향너클이 설치된 것),르모앙형(앞차축 아랫부분에 조항너클이 설치된 것)이 있다.

(9)킹핀

일체차축 방식 조향기구에서 앞차축에 대해 규정의 각도를 두고 설치되어 앞차축과 조향너클을 연결하며, 고정 볼트에 의해 앞차축에 고정되어 있다.

사용연료에 따른 엔진 분류 및 분석

1.가솔린기관

1-1)가솔린 기관의 장단점

장점

⓵디젤 기관에 비하여 시동성과 응답성이 양호하다.

⓶소음 및 진동이 작다.

⓷엔진의 사이즈가 작아 소형차량에 용이하다.

단점

⓵연소 방식이 오토 사이클 방식을 사용하기에 압축비를 높일 시 노킹현상이 발생한다.

⓶압축비(압축압력)가 낮으며 열효율이 낮다.

1-2)엔진설계

[그림1.가솔린 기관의 연료계통]

1-2.1)연료탱크(fuel tnak)

[그림2.가솔린 기관의 연료계통_연료탱크]

연료탱크는 연료를 저장하는 것이며 탱크 본체, 연구 파이프, 연료계 센더 유닛 등을 구성되어 있다. 내부에는 주행 중 연료의 출렁거림을 방지하고 동시에 강도를 증가시키기 위하여 몇 장의 분리관이 용접되어 있다. 탱크 안쪽 면에는 부식을 방지하기 위하여 방청 처리를 하며, 탱크 캡에는 탱크 내부가 진공으로 되어 연료공급이 중단되는 것을 방지하기 위한 진공밸브가 설치되어있다. 또 연료 이미션 파이프는 연료탱크와 캐니스터 사이를 연결하고 탱크 내에서 발생한 연료 증기를 캐니스터로 흡수시킨다.

1-2.2)연료 여과기(fuel filter)

[그림3.가솔린 기관의 연료계통_연료 여과기]

연료에 포함된 수분이나 먼지를 제거하는 작용을 한다. 일반적으로 비분해 방식을 사용한다.

1-2.3)연료펌프(fuel pump)

연료탱크 밖에 부착하는 것과 탱크 내부에 부착하는 것으로 구분되며 현재는 연료탱크 내부에 부착하는 것이 주로 사용된다.

[그림4.가솔린 기관의 연료계통_연료탱크 밖에 부착하는 연료펌프]

페라이트형 전동기가 로터를 회전시켜 연료를 흡입하고 전동기 내부를 연료가 통과하여 체크밸브를 거쳐 배출시킨다.

[그림5.가솔린 기관의 연료계통_연료탱크 내에 부착된 연료펌프]

이 방식은 연료압송 작용을 임펠러에 의한다. 전공기와 함께 임펠러가 회전하면 임펠러의 바깥둘레에 있는 임펠러 홈이 연료의 압송 작용을 하여 압력이 가해진 연료가 체크벨브를 거쳐 연료라인으로 보내진다. 이 연료펌프는 로터를 사용하는 형식에 비해 배출 맥동과 소음이 적어 사일런서가 필요없다.

1-2.4)연료 압력조절기(fuel pressure regulator)

[그림6.가솔린 기관의 연료계통_연료 압력조절기]

연료 압력 조절기는 흡기 다기관의 부압에 의하여 인젝터에 가해지는 연료 압력이 항상 일정 값이 되도록 조정하는 것이다. 인젝터의 연료 분사량은 인젝터의 통전시간으로 제어하고 있으나 같은 통전시간이라도 연료압력이 높을 때에는 연료 분사량이 증가하고, 연료압력이 낮으면 분사량이 적어진다. 또 연료를 분사하는 장소가 흡기다기관 내이기 떄문에 흡기다기과의 부압이 변화하는 경우 인적터에 가해지는 연료압력이 항상 일정하면 압력차이사 생겨 분사량이 변공한다. 이 때문에 다이어프램의 위아래에 흡기다기관의 부압과 분배 파이프의 연료압력이 가해지도록 되어있다. 만약 위아래의 압력차이가 일정 값 이상이 되면 다이어프램을 밀어 올려 여분의 연료가 리턴파이프를 거쳐 연료탱크로 되돌아간다.

1-2.5)인젝터(injector)

[그림7.가솔린 기관의 연료계통_인젝터]

컴퓨터(ECU)에서 보내준 신호를 기초로 하여 각 실린더의 흡기다기관에 연료를 분사하는 부품으로써 솔레노이드 코일, 플런저 및 니들벨브로 구성된다. 솔레노이드 코일에 전류가 흐르면 흡입되고, 플런처와 일체로 되어 있는 니들밸브가 분사구멍을 열어 분사된다. 연료 분사량은 니블밸브가 열려 있는 시간 즉, 솔레노이드 코일의 토전시간으로 결정된다. 작동시키는 전기회로는 전압제어방식과 전류제어방식이 있다.

1)전압제어 방식의 인젝터 회로

인젝터에 직렬로 저항을 넣어 전압을 낮추어 제어한다. 인젝터에 직렬로 들어 있는 저항은 인젝터의 응답성능을 향상시키기 위해 사용하며 인젝터의 응답성능을 향상시키려면 인젝터 자체의 저장 값을 작게 하면 된다.

2)전류제어 방식의 인젝터 회로

저항을 없애고, 인젝터에 직접 축전지 전압을 가하여 인젝터의 분사 응답성능을 향상시킨 것이며, 통전시간은 컴퓨터로 제어한다. 플런저가 흡인될 때 큰 전류를 흘려 전류공급이 원하게 하여 분사 응답성능을 향상시킨다.

1-3)가솔린 기관의 한계점

2->3과정에서 에너지를 얻고 4->1과정에서 에너지를 소비한다.

열효율은 1-(1/ε)^κ-1이며 ε는 압축비를 의미하고 κ는 정압비열/정적비열을 의미한다.

효율을 높이기 위해서 압축비를 높여야하는데 이럴 경우 압축온도가 증가하여 혼합기가 자연발화되어 노킹 등 이상현상이 발생한다. 따라서 압축비가 1~6 정도로 낮고 이로인해 열효율이 낮다.

1-4)가솔린 기관의 발전방향

기존의 GDI(Gasoline Direct Injection)방식은 연료를 직접 실린더에 분사하기 때문에 정확한 타이밍에 정확한 양의 연료분사가 가능하며 희박하게 연소시켜 연비를 높일 수 있지만 고옥탄 휘발유를 필요로 하는 단점이 있으며 MDI는 GDI보다 출력을 높일 수 있고 연비를 늘릴수 있으며 배기가스를 줄일 수 있다는 점을 가졌다.

2.LPG기관

2-1)LPG기관의 장단점

장점

⓵연료를 LPG를 사용하기에 가솔린엔진보다 연료비가 저렴하다.

⓶혼합기가 가스상태이기 때문에 실린더에 균일하게 분배가 가능하다.

⓷옥탄가가 높고, 연소의 속도가 느려서 노팅이 적다.

⓸일산화탄소등 유해물질의 발생량이 적다.

⓹연소실 및 점화플러그의 퇴적물이 적어서 엔진의 수명이 길다.

단점

⓵연료 보급이 불편하다.

⓶트렁크의 사용 공간이 협소하다.

⓷장시간 정차한 경우,한랭시의 시동이 나쁘다.

⓸가솔린 차보다는 출력이 낮다.

⓹연소실에 가스상태로 흡입되어 용적효율이 낮다.

⓺고압 용기를 사용해 차량 중량이 증가한다.

2-2)엔진설계

[그림11.LPG기관의 연료계통]

2-2.1)LGP 봄베(bombe)

LPG를 출전하기 위한 고압용기이며, 고압가스용 탄소강판을 원통형으로 용접 제작한다.

봄베 컨테이너 케이스 방식으로는 봄베 전체를 컨테이너로 밀봉시키고 에어 블리더 배출 호스를 대기 중으로 개방시키는 풀 컨테이너와 액상,기상,충전밸브 보스 및 게이지 보스부분을 부분저긍로 밀봉시키고 에어 벤트 호스를 대기 중으로 개방시킨 세미 컨테이너 방식이 있다. 국내에서는 주로 세미 컨테이너 방식을 사용한다.

2-2.2)솔레노이드 밸브와 필터

[그림12.LPG기관의 연료계통_솔레노이드 밸브의 구조]

필터는 LPG 중에 들어있는 각종 불순물을 여과하는 일을 한다.솔레노이드 밸브는 기관 냉각수 온도가 14도 이하일 때 수온세서의 신호를 받은 컴퓨터가 기상 솔레노이드 밸브를 작동시킨다. 이 밸브를 통하여 봄베로부터 기상회로를 통과한 LPG가 베이퍼라이저로 공급된다. 만약 기관 냉각수 온도가 20도 이상이면 액상 솔레노이드 밸브를 작동시키며 이 밸브를 통하여 봄베로부터 액상회로를 통과한 LPG가 베이퍼라이저로 공급된다.

+)긴급차단 솔레노이드 밸브

[그림13.LPG기관의 연료계통_긴급차단 솔레노이드 밸브]

기관 롬에 설치되는 솔레노이드 밸브와 같으나 단지 액상 및 기상 통로가 각각 분리된 구조로써 자동차 주행 중 돌발사고로 인해 기관의 작동이 정지하면 기관 컴퓨터는 기관 롬에 설치된 액상 및 기상 솔레노이드 밸브와 긴급 차단 솔레노이드 밸브에 전원을 차단하여 솔레노이드 계통의 문제가 발생하였을 때 LPG 부출 방치를 봄베의 가장 가까운 거리에서 차단하여 미연에 화재 위험을 방지하는데 그 목적이 있다.

2-2.3)베이퍼라이저[Vaporizer)

감압,기화,압력조절 등의 기능을 하며, 봄베로부터 압송된 높은 압력의 LPG를 베이퍼라이저에서 압력을 낮춘 다음 기체 LPG로 기화시켜 기관 출력 및 연료 소비량에 만족할 수 있도록 압력을 조절한다. LPG는 액체상태에서 기체로 될 때 주위에서 증발잠열을 빼앗아 온도가 낮아지기 때문에 베이퍼라이저의 밸브를 동결시킬 수가 있는데 이를 방지하지 위해 베이퍼라이저 내에 냉각수 통로를 설치하고 냉각수를 순환시켜 기화에 필요한 열을 공급한다.

[그림13.LPG기관의 연료계통_베이퍼라이저]

2-3)LPG 기관의 한계점

LPG는 온도에 따라 부피가 바뀌어서 겨울철(한랭)에 시동이 잘 걸리지 않으며 가솔린 엔진에 비하여 낮은 출력을 가진다.

2-4)LPG 기관의 발전방향

현재 트랜드는 겨울철 시동이 잘 안걸리는 문제와 낮은 출력을 해결하기 위해 LPI 엔진을 사용한다. LPI엔진은 액체상태 연료를 사용하며 LP는 기체상태 연료를 사용하는 차이점이 있으며 LPG 문제점을 가솔린이나 디젤처럼 연료를 엔진에 바로 분사하여 개선한 방식이다. 이로인해 겨울철 시동 성능 향상, 고압 액체상태로 분사하여 타르 생성 문제 개선, 가솔린 기관과 같은 수준의 동력성능 발휘의 장점을 가진다.

3.디젤기관

3-1)디젤 기관의 장단점

장점

⓵연소방식이 복합사이클 방식을 사용하기에 가솔린기관보다 압축비을 높일 수 있다.

⓶넓은 회전속도 범위에서 회전력이 크다.

⓷대출력이 가능하다

⓸인료의 인화점이 높아 화재 위험이 낮다.

⓹수명이 길다.

⓺열효율이 좋다.

⓻연료소비율이 적다.

단점

⓵가솔린 기관에 비하여 시동성과 응답성이 나쁘며 소음 및 진동이 크다.

⓶엔진의 중량이 무겁다.

⓷질소 산화물 및 입자상 물질의 배출 입자상 물질의 배출 비율이 높다.

⓸비출력이 낮다.

⓹전동기의 출력이 커야한다.

⓺회전속도 범위가 좁다.

⓻회전수가 높을수록 마찰에 의한 동력상실이 크게 발생한다.

3-2)엔진설계

[그림14.디젤기관의 연료계통]

디젤기관의 기계식 연료장치의 연료공급은 공급펌프에서 연료탱크 내의 연료를 흡입한 후 압력을 가하여 여과기에서 여과시킨 후 분사펌프로 공급한다.

3-2.1)연료 공급 펌프(fuel feed pump)

[그림15.디젤기관의 연료계통_연료 공급 펌프]

연료탱크 내의 연료를 일정한 압력으로 가압하여 분사펌프로 공급하는 장치로 분사펌프 옆에 설치되어 분사펌프 캠축에 의하여 구동된다. 연료 공급장치의 공기빼기 작업 및 공급펌프를 수동으로 작동시켜 연료탱크 내의 연료를 분사펌프까지 공급하는 프라이밍 펌프를 두고 있다.

3-2.2)연료여과기(fuel filter)

[그림16.디젤기관의 연료계통_연료여과기]

연료 속에 들어있는 먼지와 수분을 제거 분리한다. 구조는 보디, 엘리먼트, 중심 파이프, 커버, 오버플로 밸브, 드레인 플러그 등으로 구성되어 있으며 엘리먼트는 여과지를 일반적으로 사용한다.

3-2.3)분사펌프(injection pump)

[그림17.디젤기관의 연료계통_분사펌프]

연료 공금펌프에서 보내준 연료를 분사펌프 캠축으로 구동되는 플런저가 분사순서에 맞추어 고압으로 펌프작용을 하여 분사노즐로 압송시켜 주는 장치이다.

위쪽에는 딜리버리 밸브와 그 홀더가 설치되어 있으며 중앙부에는 플런저 배럴, 플런저, 제어 래크, 제어 피니언, 제어슬리브, 스프링, 태핏 등이, 아래쪽에는 캠축이 설치되어 있다.

3-2.4)딜리버리 밸브(delivery valve)

[그림18.디젤기관의 연료계통_딜리버리 밸브]

플런저의 상승행정으로 플런저 배럴 내의 압력이 규정 값에 도달하면 이 밸브가 열려 연료를 분사파이프로 압송한다. 그리고 플런저의 유효행정이 완료되어 배럴 내의 연료압력이 낮아지면 스프링 장력에 의해 신속히 닫혀 연료의 역류를 방지한다. 또 밸브 면이 시트에 밀착될 때까지 내려가므로 그 체적만큼 분사 파이프 내의 연료압력을 낮춰 분사노즐의 후적을 방지한다.

3-2.5)조속기(governor)

디젤기관은 사용조건의 변화가 커 부하 및 회전속도 등이 광범위하게 변동하므로 오버런이나 기관정지를 일으키기 쉬운데 이를 방지하기 위하여 분사펌프에 조속기를 두고 자동적으로 분사량을 가감하여 운전을 안정시킨다. 즉, 최고 회전속도를 제어하고 동시에 지속운전을 안전시키는 작용을 한다. 분사펌프의 캠축에 설치된 원심추에 작용하는 원심력의 변화에 의해 작동하는 기계식과 회전속도와 부하에 의해 변화하는 흡기다기관 부압을 이용하는 공기식이 있다.

3-3)디젤 기관의 한계점

D->A 과정에서 에너지를 얻고 B-C 과정에서 에너지를 소비한다. 열효율은 1-(1/ε)^κ-1*{σ^κ -1/κ(σ-1)}이며 σ는 단절비를 의미한다. 이 값이 1에 가까울수록 오토사이클의 효율에 근접하며 같은 압축비에서는 오토사이클보다 효율이 떨어지지만 가솔린기관과는 달리 압축비를 늘렸을 때 압축온도의 증가에 따른 노킹현상의 발생이 없기 때문에 보다 열효율을 증가시킬 수 있으나 압축비가 커진 만큼 압력이 높아져서 구조적인 강도를 위해 중량이 증가하게 되는 문제점이 있다.

3-4)디젤 기관의 발전방향

기존의 디젤엔진은 정압사이클을 사용하였고 현재는 커먼레일 시스템을 결합시킨 복합사이클을 사용하고 있다. 정적과정과 정압과정에서 에너지를 얻고 4->1과정에서 에너지를 소비한다. 열효율은 1-(1/ε)^κ-1*[α*σ^κ -1/{ (α-1)+κα(σ-1)로써 ,α는 압력상승비를 의미한다. 이는 기존의 디젤 기관이 저속해서만 사용가능했던 문제점을 해결했다.

4.전기자동차:석유연료와 엔진을 사용하지않고 전기배터리+전기모터를 사용

4-1)전기자동차의 장단점

장점

⓵주행시 이산화탄소와 질소산화물을 배출하지 않아 친환경적이다.

⓶기름값,서비스 비용 및 유지비가 내연기관 자동차보다 적게 든다.

⓷부품수가 적고 내연기관이 없어 고장 빈도가 낮다.

⓸엔진소음의 감소로 쾌적하고 정숙한 주행이 가능하다.

⓹차량제어가 쉽고 자율주행과 같은 소프트웨어 컨트롤에 용이하다.

⓺에너지효율이 높아 차량 수명이 일반 내연기관 차에 비해 길다.

단점

⓵배터리 1회 충전으로 주행 가능한 거리가 한정적이다.

⓶전지 배터리 수명과 교환에 관한 불편함하다.

⓷국내 전기차 편의시설과 전기충전소 인플가 부족하다.

⓸다소 비싼 차량 가격을 정부 및 지자체 보조금 지원이 필요하다.

4-2)전기자동차의 구조

4-2.1)전지:리튬 이온 전지,리튬 폴리머 전지,공기 아연 전지등을 사용

4-2.2)모터:구동바퀴 모터-효율이 높음/고출력화와 경량 및 소형화에 경향을 보임

4-2.3)인버터

직류전력을 교류전력으로 변환하는 장치로써 교류모터의 경우는 직류전압을 교류전압으로 바꿔주며 전압을 조절해야하므로 인버터가 필요하다.

직류전압을 조절하는 방법은 저항을 만들어주는 것이지만 에너지손실이 많아 보다 효율이 높은 반도체 소자가 개발되는 추세,주된 원리는 전력용 반도체를 사용하여 상용 교류전원을직류전원으로 변환 시킨 후,다시 임의의 주파수와 전압의 교류로 변환시켜 유도전동기의 회전속도를 제어한다.

4-2.4)DC/AC 컨버터

구동모터에서는 수백볼트의 고전압을 필요로 하지만 보조기기에서는 12V의 저전압이 사용

전지에서 얻은 직류전압을 조정하는 장치

4-2.5)IGBT모듈(KEC):대전력이 소요되기 때문에 대전력 스위칭 및 제어용 파워모듈

4-2.6)PCU(Power Control Unit):인버터와 컨터버 등을 묶어서 하나의 모듈로 만들어 사용

4-2.7)ECU(Electronic Control Unit):각 부문에는 추가로 ECU필요

4-2.8)각종 X by Wire:현재의 벨트식 구동을 모터로 대체하여

제어하는 전선으로 연결되는 각종 시스템

4-2.9)BLDC모터:각종 소형 일반모터로 사용, 과거에는 직류모터를 사용했으나

최근에는 교류모터나 브러시리스 모터등을 사용

4-2.10)변속기:인휠 방식일 경우에는 필요없음

4-3&4)전기자동차의 한계점&전기자동차의의 발전방향

시스템의 정의와 자동차 시스템의 발전방향 및 엔지니어의 자세

1.시스템의 정의

시스템이란 체계, 조직, 제도 등 요소의 집합이나 요소와 요소 간의 집합을 의미하며 제가 처음에 생각했던 시스템의 정의는 정보를 처리하는데 이용되는 프로그램들, 절차들, 데이터 및 기기들의 집합이었습니다. 시스템의 포괄적 의미는 필요한 기능을 실현하기 위하여 관련 요소를 어떤 법칙에 따라 조합한 집합체를 지칭합니다.

2.자동차의 구조

① 프레임(Frame):자동차의 뼈대
② 동력발생장치 · 엔진(Engine):동력발생
③ 동력전달장치(Power Train):전달장치
④ 조향장치(Steering):앞바퀴의 회전축 방향조절
⑤ 제동장치 · 브레이크(Brake):속도를 조절 및 제어
⑥ 현가장치 · 서스펜션(Suspension)
프레임에 바퀴를 고정해 노면의 충격이 차체나 탑승자에게 직접적으로 전해지지 않도록 하는 완충장치. 승차감에 중요한 역할

⓵배터리:시동 및 기타 전기장치에 전력을 공급
⓶냉각팬:라디에이터와 엔진주변에 공기를 넣어 냉각
⓷라디에이터(냉각기):수냉식의 경우 물이 가득 찬 라디에이터가 연소과정에서 발생된 열을 발산
⓸브레이크디스크:주행시 바퀴와 함께 회전하며, 유압으로 바퀴에 압착하여 제동력을 발휘
⓹에어백:운전자와 탑승자 앞에 장착된 보호용 백. 충돌 사고 시에 자동으로 팽창
⓺점화플러그:실린더 내부 연료를 점화시키는 불꽃을 발생
⓻기어박스(변속기):엔진의 고속 회전운동을 저속이나 강력한 회전력으로 바꿔 바퀴를 움직이게 함
⓼안전벨트:충돌사고 시 자동차 탑승자를 보호
⓽디퍼렌셜(차동기어):코너를 돌 때 안쪽 바퀴 회전수를 줄이고,바깥쪽 바퀴 회전수를 늘려 매끄럽게 돌게 함
⓾머플러 : 배기 장치의 소음을 감소
⑪구동축 : 엔진의 회전운동을 기어박스에서 디퍼렌셜로 이어주는 장치
⑫배기 장치 : 엔진에서 나오는 가스가 촉매 변환 장치를 거쳐 머플러를 통과해 배출
⑬촉매변환장치 : 엔진에서 나오는 가스 중 유해성분을 처리
⑭사이드브레이크(주차용 보조브레이크) : 뒷브레이크를 기계적으로 작동시키는 장치

❶엔진

자동차가 주행하는데 필요한 동력을 발생하는 장치로써 사용연료에 따라 가솔린 엔진. 디젤 엔진. LPG엔진, 천연가스엔진 등이 사용된다. 본체와 부수장치인 연료장치, 냉각장치, 윤활장치, 흡.배기장치 및 시동,점화, 충전 장치 등으로 구성된다.

❷전장 (뜻:전기 및 전자장치를 포괄적으로 일컫는 말)

  ​자동차의 운행에 필요한 전기제어장치인 ECU와 각종제어장치, 각종 전자제어장치에 전기를 공급해주는 배터리 및 모터, 모터와 각종제어장치를 연결해주는 회로장치 등으로 구성된다.

❸샤시

자동차의 차체를 뺀 나머지 부분으로써 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 엔진의 동력을 구동바퀴에 전달하는 동력전달장치,주행방향을 조정하는 조향장치,충격이나 진동을 완화하는 현가장치,정차 및 주차 등을 위한 제동장치와 프레임 등으로 구성으로 된다.

❹안전장치

1.안전띠:동차 운전 중에 생기는 충격과 앞으로 튕겨져 나가는 것을 방지하기 위한 장치이다.

2.TCS(Traction Control System)

길이나 빗길 등 미끄러지기 쉬운 노면에서 차량을 출발하거나 가속 할 때, 과잉의 구동력이 발생하여 타이어가 공회전하지 않도록 자동차의 구동력을 제어하는 시스템이다.

3.긴급제동시스템

자동차에 부착된 센서를 통해 앞 차량의 급제동 또는 보행자가 감지되면 운전자의 반응이 없어도 긴급제동을 하는 장치이다.

4.차선이탈경보시스템

자동차 앞 유리에 설치된 카메라의 정보를 기반으로 주행중인 자동차가 방향 지시등 없이 차선을 넘으면 경고음을 발생하여 운전자에게 상황을 알려주는 시스템이다.

5.지능형순향제어장치

앞차와의 간격을 차 스스로가 인지하고 상황에 맞게 가속과 감속을 하는 지능형 차간거리 제어장치(SCC)시스템의 진보된 안전장치이다.

3.자동차 시스템의 발전방향과 그에 따른 엔지니어의 자세

제가 생각하는 자동차 시스템의 발전방향은 자율 주행 자동차입니다. 그렇게 생각하는 이유는 현재 자동차의 발전흐름이 나날이 사용자의 편의 및 안전을 추구하도록 발전해나가기 떄문입니다. 자율 주행 자동차는 다양한 센서를 통해 주위의 환경을 인식 후 목적지를 지정하여 자율적으로 주행하며 반복정지를 피해 연료효율이 좋다는 것과 운전을 할 수 없는 이들도 이용할 수 있다는 점,조향 알고리즘을 통해 교통 흐름이 빨라지고 교통 혼잡을 줄일 수 있다는 점에서 높은 가치를 가지며 이 자동차의 핵심사항은 다음과 같습니다.

1.장치의 제어

구동장치인 가속기, 감속기 및 조향장치 등을 무인화 운행에 맞도록 구현 및 무인자동차에 장착된 컴퓨터, 소프트웨어 그리고 하드웨어를 이용하여 제어를 할 수 있어야합니다.

2.비전, 센서를 이용하여 시각정보를 입력받고 처리

무인화 운행을 위한 자율 주행의 기본이 되며, 영상정보를 받아들이고 이 영상 중에서 필요한 정보를 추출해내는 기술이 필요하다. 다양한 센서를 사용하여 거리와 주행에 필요한 정보를 융합하여 분석 및 처리를 통해 장애물 회피와 돌발상황에 대처와 밀접합니다.

3.통합관제 시스템과 운행감시 고장진단체계 기술

차량의 운행을 감시하고 수시로 바뀌는 상황에 따라 적절한 명령을 내리는 운행감시체계를 구축하고, 개별적 프로세서 및 센서에서 발생되는 여러 상황을 분석하여 시스템의 고장을 진단하여 조작에 대한 적절한 정보를 제공하거나 경보를 알리는 기능을 수행합니다.

4.지능제어 및 지능운행 장치

이 기술은 무인운행기법으로 실제 차량모델을 이용한 수학적인 해석에 근거하여 제어명령을 생성하는 것이 아닌 신경회로망을 사용하여 숙련된 운전자의 운전방식을 학습함으로써 복잡한 모델링 없이 실시간으로 제어명령을 내릴 수 있는 기술입니다.

5.무인화 운행에 적합한 조향 알고리즘의 개발

차량의 운행경로를 최종적으로 결정하는 요소인 조향은 차량의 동적 거동 및 특성과도 밀접한 연관이 있기 때문에 무인자동차가 주어진 경로를 안정적으로 주행하면서 경로 오차를 최소화 하기 위해 필요하다. 예를 들면 사전에 탑재된 지도와 실제 길이 다를 때 무인자동차는 혼란을 겪을 수 있다. 운전 중 사람이 자의적으로 판단해야 할 경우의 수가 대부분 무인 자동차에 기술적 난제로 꼽힙니다.

이와 같은 핵심사항을 만족하기 위해서 필요로 하는 엔지니어의 자세는 소프트웨어 그리고 하드웨어를 제어할 수 있는 능력과 안전을 위한 다양한 센서 계발,학습형 프로그래밍 및 알고리즘에 대한 깊은 관심이라고 생각합니다.