EPS 관련 휠이 무거워지거나 심각하게는 잠기는 문제가 자동차안전 이슈로 떠올랐다. 덴소가 세계 최초로 안전성을 향상시키기 위해 두 개의 EPS 시스템을 하나로 통합한 페일 세이프 EPS 시스템을 개발했다. 중량 저감과 회로통합이 최대 과제였다.

두 개 시스템의 리던던시

덴소(Denso)가 세계 최초로 안전성을 향상시키기 위해 두 개의 EPS 시스템을 하나로 통합한 페일세이프 EPS(Fail-Safe EPS) 시스템을 개발했다.
차에는 연비, 편의, 안전성 향상을 위해 갈수록 많은 전자제어 시스템이 장착되고 있다. 이런 시스템들은 매우 안전하고 신뢰할 수 있도록 디자인 돼야만 한다. 그러나 여기에는 언제나 만일의 상황이 있을 수 있다. 운전자의 조향을 더욱 쉽고 편하게 해주는 전자식 파워 스티어링(Electric Power Steering, EPS) 시스템도 마찬가지다. 덴소는 휠 핸들링이 무거워지는 문제, 심각하게는 잠겨버리는 EPS의 고장, 실패 문제에 있어 운전자와 승객의 안전성을 극대화하기 위해 페일 세이프 EPS 시스템을 개발했다.

덴소의 마사시 야마사키(Masashi Yamasaki) EPS 개발 엔지니어는 “자동차의 회전 거동은 주행 중 가장 중요한 기능으로 생명과도 직결되기 때문에 조향에는 어떤 문제도 없어야 한다”며 “덴소는 1차 EPS가 실패할 때 이를 백업하는 페일세이프 EPS를 개발했다”고 말했다.

스티어링의 신뢰성은 제동과 같이 안전한 주행에서 가장 중대한 요소다. 만일 EPS가 고장나 스티어링이 매우 무겁게 되거나 잠겨버린다면 차가 커브 길에 진입하거나 통과하는 선회 과정에서 제어력을 잃어 보행자까지 관계되는 치명적인 사고를 야기할 수 있다.

중량과 크기의 문제

에츠오 오타(Etsuo Ota) 개발 엔지니어는 “두 개의 스티어링 시스템을 결합하는 것은 새로운 아이디어인데, 우리가 이를 고객사에 제안했을 때 그들은 중량 증대를 우려해 이것이 도전과제가 됐다”며 “덴소는 이런 시스템이 안전성을 증대시킬 것으로 확신했기 때문에 개발을 지속했고 모터 코일, ECU 와이어링, 센서 구조 등에서 크기를 줄일 수 있는 방법을 찾으려 했다”고 말했다.

일반적인 EPS는 한 개의 모터, 한 개의 ECU, 다수의 센서와 기타 부품들로 구성된다. 덴소는 새 시스템에서 모든 컴포넌트를 두 배로 하고 어떠한 고장실패에서도 시스템을 백업하기 위해 이들을 하나의 콤팩트한 유닛에 결합했다. 이를 위해서는 혁신적인 얼터네이터 스타터 권선 기술과 두 개의 보드 내에 여러 회로의 통합이 요구됐다. 결과적으로 하나의 유닛에 두 개의 시스템을 결합했음에도 불구하고 페일 세이프 EPS는 일반적인 EPS보다 20% 가볍고 30% 작은 시스템이 됐다.

현재 덴소는 주행 안전성을 높이는 데 있어 시스템의 리던던시를 확보하기 위해 모든 컴포넌트를 다시 디자인하고 있다.

야마사키 엔지니어는 “페일 세이프 EPS는 자율주행차에도 기여한다. 예를 들어 차가 자동으로 차선을 변경하는 동안 1차 스티어링 시스템이 실패하면 백업 시스템이 안전하게 조향을 지원할 것”이라며 “그러나 우리는 여기에 만족하지 않고 제동과 같은 다른 주행 요소에서도 리던던시 확보에 나서며 궁극적으로 교통사고 없는 사회 실현을 목표로 하고 있다”고 말했다.  

AEM_Automotive Electronics Magazine