EPS 모터 하우징 열팽창이 토크 센서 Zero Drift 발생률에 미치는 영향
전동식 파워스티어링(EPS) 시스템에서 조향 감각의 일관성은 안전성과 직결되는 요소다.
최근 차량에서는 EPS 모터 출력과 제어 정밀도가 크게 향상됐지만, 그 이면에서는 모터 하우징의 열팽창이 토크 센서 Zero Drift를 유발하는 문제가 점차 중요한 이슈로 떠오르고 있다.
특히 장시간 주행이나 고온 환경에서 조향 센터가 미세하게 틀어지는 현상은, 대부분 열에 의한 구조 변화에서 비롯되는 것으로 분석된다.
목차
- EPS 토크 센서와 Zero Drift의 개념
- EPS 모터 하우징 열팽창 발생 원인
- 열팽창이 토크 센서 기준점에 영향을 주는 메커니즘
- 실차 환경에서 관측되는 Zero Drift 패턴
- 설계 및 제어 측면에서의 대응 방안
EPS 토크 센서와 Zero Drift의 개념
EPS 토크 센서는 운전자가 스티어링 휠에 가하는 힘을 전기 신호로 변환해 ECU에 전달하는 역할을 한다.
이 센서는 조향축의 비틀림을 기준으로 토크를 계산하며, Zero Drift는 조향 입력이 없는 상태에서도 센서 출력이 0을 벗어나는 현상을 의미한다.
Zero Drift가 발생하면 ECU는 실제로는 힘이 가해지지 않았음에도 조향 토크가 존재한다고 판단하게 되고,
그 결과 불필요한 조향 보조력이나 미세한 핸들 쏠림 현상이 나타날 수 있다.
EPS 모터 하우징 열팽창 발생 원인
EPS 모터는 조향 보조를 위해 반복적으로 고전류가 인가되며,
이 과정에서 모터 권선과 하우징 온도가 빠르게 상승한다.
특히 저속 주행, 주차 조향, 연속 코너 구간에서는 모터 부하가 커져 열 발생이 집중된다.
모터 하우징은 주로 알루미늄 합금으로 제작되며,
온도 상승 시 선팽창 계수에 따라 미세하지만 분명한 변형이 발생한다.
이 열팽창은 모터 단독 문제가 아니라, 하우징에 연결된 조향축·센서 브래킷·기어 구조물까지 연쇄적으로 영향을 미친다.
열팽창이 토크 센서 기준점에 영향을 주는 메커니즘
EPS 모터 하우징의 열팽창은 토크 센서 Zero Drift를 다음과 같은 과정으로 유발한다.
첫째, 하우징 팽창으로 인해 조향축 정렬 상태가 미세하게 변화한다.
토크 센서는 조향축의 비틀림을 기준으로 동작하는데,
축 정렬이 바뀌면 실제 비틀림이 없어도 센서에는 변형이 발생한 것처럼 인식된다.
둘째, 센서 고정 브래킷 위치 변화가 발생한다.
하우징과 일체화된 브래킷이 팽창하면서 센서 기준 위치가 이동하면,
초기 캘리브레이션 시점의 Zero 포인트가 유지되지 않게 된다.
셋째, 비대칭 열 분포가 문제를 키운다.
모터 내부 온도는 균일하지 않기 때문에,
하우징이 한쪽으로 더 많이 팽창하면 토크 센서에 편향 하중이 걸리게 된다.
이로 인해 Zero Drift 발생률이 급격히 증가한다.
실차 환경에서 관측되는 Zero Drift 패턴
실제 차량 시험과 필드 데이터에서는 다음과 같은 공통된 패턴이 관측된다.
장시간 주행 후 정차 시
스티어링 센터가 미세하게 한쪽으로 쏠리는 느낌이 발생한다.
고온 여름철 도심 주행
주차 조향을 반복한 이후, 직진 주행에서도 핸들이 완전히 중립에 오지 않는 현상이 나타난다.
열이 식은 후 재시동 시
Zero Drift 현상이 일시적으로 사라지거나 반대로 방향이 바뀌는 경우도 확인된다.
이러한 현상은 센서 불량보다는 열에 따른 구조 변화에서 비롯되는 경우가 많으며,
온도 조건이 반복될수록 Drift 발생 빈도도 증가하는 경향을 보인다.
설계 및 제어 측면에서의 대응 방안
이 문제를 완화하기 위해 제조사들은 여러 기술적 대응을 적용하고 있다.
첫째, 열팽창 계수가 낮은 하우징 소재 적용이다.
알루미늄 합금 조성을 최적화하거나, 국부 보강 구조를 적용해 변형을 억제한다.
둘째, 토크 센서 독립 마운트 구조다.
모터 하우징 열변형이 센서로 직접 전달되지 않도록 구조적 분리를 강화한다.
셋째, 온도 보정 기반 Zero Drift 보정 로직이다.
EPS ECU가 내부 온도 센서 값을 활용해 Zero 포인트를 실시간으로 보정하는 방식이 적용되고 있다.
넷째, 비대칭 열 분포 최소화 설계다.
모터 냉각 경로와 방열 구조를 개선해 국부 열 집중을 줄인다.
마무리
EPS 모터 하우징의 열팽창은 단순한 구조 변화가 아니라,
토크 센서 Zero Drift를 유발해 조향 감각과 직진 안정성에 직접적인 영향을 주는 중요한 요인이다.
전동화와 고출력 EPS 시스템이 확대되는 흐름 속에서,
열 관리와 구조 안정성, 그리고 정교한 보정 알고리즘의 중요성은 더욱 커지고 있다.
앞으로 EPS 성능 경쟁의 핵심은 출력이 아니라,
열 환경에서도 얼마나 정확한 센터 감각을 유지할 수 있는가에 달려 있다고 볼 수 있다.