조향각

조향각(據向角, steering angle)은 자동차의 직선 주행 위치에서 핸들을 꺾은 각을 말한다. 핸들을 꺾은 각에 대해 실제로 타이어가 돈 각을 실조향각(實操香角)이라고 한다.

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개요

조향각은 자동차가 방향을 바꿀 때 조향 바퀴의 스핀들이 선회 이동하는 각도로서, 보통 선회하는 안쪽 바퀴의 최댓값으로 나타낸다. 스티어링휠을 조작하면 타이어는 조향축을 중심으로 움직인다. 이 조향축은 90도로 반듯하게 서 있는 게 아니고 기울어져서 차체와 연결되어 있다. 조향각은 정면에서도 생기고 측면에서도 생긴다. 차량 측면에서는 캐스터각 때문에 뒤로 기울어져 있다. 따라서, 조향축은 3차원적으로 기울어져 있다고 할 수 있다. 축이 기울어져 있다는 건 휠타이어도 그 기울어진 축을 중심으로 공전할 수밖에 없다는 것을 뜻한다. 그렇기 때문에 선회를 하게 되면 휠타이어에도 변화가 생긴다. 전륜 안쪽은 조향각과 캐스터각의 영향을 모두 받아서 캠버각의 변화가 크고 전륜 바깥쪽은 캐스터각이 조향각의 영향을 상쇄시켜줘서 캠버각의 변화가 작다. 조향각과 캐스터각은 차량마다 다 제각각이기 때문에 나타나는 정도 또한 제각각이다. 그리고, 선회 시 캠버각의 변화가 커지다 보면 또 다른 변화가 생긴다. 포지티브 캠버가 되면서 휠스핀들의 각도가 변화하게 되어 차량을 살짝 들어올리게 된다. 이처럼 선회 시에는 조향각의 영향으로 캠버각이 변하고 차량 높이에도 변화가 생긴다. 이같은 변화를 작게 하려면 조향각을 0에 가깝게 하면 되지만 조향각을 0에 가깝게 하게 되면 스크럽이 커지게 된다.

조향각 센서

최근 자동차 핸들에는 핸들의 움직임을 감지하는 센서가 기본으로 장착되어 있다. 조향휠 각속도 센서는 스티어링 휠 하단부위에 장착되어 있으며 핸들의 조향 속도, 조향 방향 및 조향각을 검출하는 역할을 한다. 조향휠 내부에 3개의 포토 트랜지스터와 슬리트판으로 구성되어 있다. 조향각 센서는 광소자 방식으로 조향 시 센서의 슬리트판이 회전하면서 광소자의 빛을 통과하거나 차단되면서 전압의 변화가 생기고 이것을 전자제어장치(ECU)가 받아들여 핸들의 조향 속도, 조향 방향 및 조향각을 검출하는 판단을 한다. 보쉬(Bosch)가 이 센서를 이용한 스티어링의 움직임을 모니터링해 운전자의 집중력 저하를 감지하여 졸음운전을 방지하는 시스템을 발표했다. DDD(Driver Drowsiness Detection)로 불리는 이 시스템은 폭스바겐(Volkswagen)의 파사트에 2010년부터 탑재되었고 최신 버전은 파사트 을트렉에 탑재된다. 치명적 사고의 대부분은 운전자의 집중력 저하 및 졸음운전에서 비롯된다는 조사가 있다. 피곤 또는 졸음으로 인한 집중력 저하를 DDD 시스템이 감지하고 운전자에게 경고음을 울려 사고 방지에 크게 도움이 된다. DDD는 EPS, 스티어링 앵글 센서와 연동해 운전대의 움직임을 지속해서 모니터한다. 평소와 다른 움직임이 발견되면 졸음운전으로 간주하고 경고음을 발생시키는 시스템이다. 집중력이 저하되고 피곤이 몰려오면 운전자의 방향전환 능력이 부정확해지고 반응시간이 느려진다. 졸음이 몰려오기 시작하면 운전자는 스티어링 휠의 작은 에러를 빈번하게 수정하게 된다. 보쉬의 DDD 시스템은 운전자가 시동을 걸어 운전을 시작하면 운전자의 핸들링을 감시 하기 시작하여 정상적인 행동양상에서 벗어난 움직임이 일어나는지 감시한다. 가장 전형적인 비정상적인 행동은 방향전환이 드물어지고 차선을 유지하기 위한 약하지만 급작스러운 조향이다. 이런 변화가 일어나는 빈도, 시간대, 이동 시간 등 여러 파라미터를 고려하여 운전자의 피곤한 정도를 계산한다. 이 값이 어느 문턱 값을 넘으면 시스템이 운전자에게 경고 메시지를 주게 된다. 보쉬의 DDD 시스템은 기존 차량에 기본적으로 이미 장착된 센서들로부터 오는 정보와 기본 정보만을 사용하여 소프트웨어적으로 운전자의 졸음을 감지하는 시스템이기 때문에 비용이 많이 들지 않고 기존에 있던 어느 ECU에나 여유공간이 있으면 장착할 수 있다. 즉 적은 비용이면서 복잡하지 않은 시스템으로 효과적으로 졸음운전을 방지할 수 있다.

참고자료

• 〈조향각〉, 《네이버 지식백과》
• 모하비토벤, 〈서스펜션 이해하기2- 조향각에의한 변화와 스크럽〉, 《네이버 블로그》, 2016-11-04
• 슈쇼, 〈자동차 조향각, 조도, 레인 센서〉, 《티스토리》, 2021-03-27

같이 보기

• 선회

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