[공간 확보를 위한 수직형 독립 조향장치 메커니즘 설계 및 동적 해석, 한국자동차공학회, 춘계학술대회 논문집 2025, 조규형, 최성수, 박기철]   

Reviewed by 조규형 석사연구원

본 연구는 차량 조향장치 설계에서 공간 효율성을 높이기 위해 새로운 수직형 독립 조향장치 메커니즘을 제안하고 이를 동적으로 해석한 결과를 다루고 있다. 기존의 독립 조향장치는 조향 시 휠과 펜더 패널 간 간섭이 발생하여 공간 확보에 제약이 있었으며, 특히 휠이 90도 회전할 경우 휠 하우스와 펜더의 간섭으로 인해 구조적 한계가 두드러졌다. 이러한 한계는 차량의 설계 자유도를 떨어뜨리고, 공간 활용도를 저하시켜 전기차, 도심형 소형차, 특수 목적 차량에서 효율적인 공간 배치가 어려운 문제로 이어졌다. 따라서 연구진은 새로운 조향 메커니즘을 고안하여 이러한 간섭 문제를 해결하고, 동시에 안정적인 동적 성능을 확보하고자 하였다.

연구에서는 우선 수직형 독립 조향장치의 기본 설계를 Autodesk Fusion 360을 통해 구체화하였으며, cam 메커니즘을 적용하여 휠이 회전할 때 발생하는 간섭을 최소화하도록 하였다. 기존 조향장치가 단순히 수평 방향 회전에 의존했다면, 본 연구에서 제안된 구조는 수직 방향 변위를 활용하여 휠이 조향 시 간섭 없이 움직일 수 있도록 설계되었다. cam 메커니즘을 추가함으로써 휠의 회전 각도는 90도 이상까지 확보할 수 있었으며, 이는 기존 대비 공간 활용성을 크게 높여주었다. 더 나아가 로워암과 업라이트 사이의 간격을 조정하고, 조인트 구조를 단순화하여 제작과 유지보수가 용이하도록 설계하였다. 이러한 설계적 특징은 단순히 공간 확보에 그치지 않고, 실제 차량 운행에서 발생하는 조향 안정성에도 긍정적인 영향을 줄 수 있는 가능성을 보여준다.

제안된 메커니즘은 MSC Adams를 활용한 동적 해석을 통해 검증되었다. 해석 과정에서 차량이 직진 주행 및 급선회 상황에서 새로운 메커니즘이 안정적으로 작동하는지를 평가하였다. 해석 결과, cam 메커니즘이 적용된 경우 기존 조향장치보다 휠의 운동 궤적이 일정하게 유지되었고, 조향 시 불필요한 진동이나 변위 발생이 줄어드는 것으로 나타났다. 또한 translational displacement 해석 결과, 제안된 구조는 조향 과정에서 발생하는 측방 변위를 효과적으로 억제하여 조향 안정성을 확보할 수 있음을 보여주었다. 이는 공간 확보뿐 아니라 안전성 측면에서도 본 연구의 메커니즘이 유효하다는 점을 입증한다.

결론적으로 본 연구는 공간 효율성과 조향 안정성을 동시에 만족할 수 있는 새로운 수직형 독립 조향장치 메커니즘을 제안하였다. 특히 cam 메커니즘을 도입하여 휠과 펜더 패널 간섭 문제를 해결함으로써 휠의 회전 각도를 크게 확대하였고, 차량 설계 자유도를 높여 다양한 차종에 적용할 수 있는 가능성을 제시하였다. 이 메커니즘은 전기차와 소형차뿐 아니라 특수 목적 차량, 로보틱 모빌리티 플랫폼 등 공간 활용이 중요한 다양한 응용 분야에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 연구진은 향후 실차 적용을 통해 제안된 구조의 실제 성능을 검증할 계획이며, 이를 통해 학문적 기여뿐 아니라 산업적 파급력도 확대할 수 있을 것으로 전망한다.

[학회 후기]

이번 2025 한국자동차공학회 춘계학술대회는 단순히 연구 성과를 발표하는 자리를 넘어, 학계와 산업계가 함께 모여 활발하게 소통하는 진정한 교류의 장이 되었습니다. 특히 다른 학회들과 비교했을 때 가장 눈에 띄는 특징은 질문과 토론이 그 어느 때보다도 적극적이고 활발하게 이루어졌다는 점입니다. 발표가 끝난 뒤 청중들은 단순한 이해 차원의 질문에 그치지 않고, 연구의 방법론적 타당성, 실제 적용 가능성, 그리고 한계점까지 깊이 파고드는 질문을 던졌습니다. 발표자들 역시 이에 대해 성실히 답변하며 자신들의 연구를 다양한 시각에서 재검토하는 기회를 얻었고, 이러한 상호작용은 학술적 토론의 깊이를 한층 더 확장시키는 계기가 되었습니다. 결과적으로 각 연구가 갖고 있는 강점과 약점이 보다 명확히 드러났고, 앞으로 연구가 지향해야 할 방향성까지도 구체적으로 논의되는 의미 있는 시간이 되었습니다.

이번 학술대회는 단순히 교수와 학생들만의 학문적 모임이 아니었습니다. 현대자동차와 현대모비스를 비롯해 다양한 자동차 관련 기업에서 활동하는 연구원들이 대거 참석하여 산업 현장에서 부딪히는 실제 문제와 고민을 직접 공유했습니다. 기업 연구원들의 질문은 학계에서 놓치기 쉬운 현장의 실질적인 필요를 반영하고 있었으며, 이로 인해 학술 연구가 보다 실용적이고 산업 친화적인 방향으로 나아갈 수 있도록 유도하는 힘이 되었습니다. 예를 들어, 특정 부품의 신뢰성 검증이나 전자제어 시스템에서 발생할 수 있는 오류 상황에 대한 질문들은 연구자들에게 새로운 문제의식을 제공하였고, 이 과정에서 학생과 교수진은 기업의 현실적인 고민을 직접 이해할 수 있는 소중한 경험을 하게 되었습니다. 반대로 기업 연구원들은 학계에서 축적된 최신의 연구 동향과 새로운 아이디어를 접하면서, 실제 제품 개발 과정에 적용할 수 있는 새로운 인사이트를 얻을 수 있었습니다.

특히 인상적이었던 점은 산업계와 학계 간의 경계가 허물어지며 상호 시너지 효과가 극대화되었다는 것입니다. 학계 연구자들은 이론적 완결성을 갖춘 모델과 분석 기법을 제시했으며, 산업계 연구원들은 실제 양산 과정이나 품질 검증 단계에서 마주하는 복잡한 변수들을 생생하게 공유했습니다. 이 두 흐름이 만났을 때 연구는 더 이상 책상 위의 논의에 머무르지 않고, 실제 산업 현장에 적용 가능한 실질적 해법으로 확장될 수 있음을 확인할 수 있었습니다. 이러한 과정은 학문적 연구의 가치가 단순히 논문으로 끝나는 것이 아니라, 산업 발전에 직접적으로 기여할 수 있음을 보여주었고, 동시에 기업의 기술 개발에도 학문적 엄밀성이 필수적으로 요구됨을 일깨워주었습니다.

결국 이번 학술대회는 산학협력의 중요성을 다시 한 번 깊이 체감하게 해준 소중한 계기였습니다. 학계는 산업 현장의 요구와 제약을 이해하고, 산업계는 학계의 연구 성과와 방법론을 적극적으로 흡수하여 양측 모두에게 의미 있는 성과를 만들어내는 선순환 구조가 자리 잡고 있음을 확인할 수 있었습니다. 앞으로 더 많은 기업과 연구 기관이 이러한 학술대회에 적극적으로 참여한다면, 한국 자동차 산업이 직면한 기술적 도전 과제를 해결하고 글로벌 경쟁력을 높이는 데 중요한 밑거름이 될 것입니다. 특히 전동화, 자율주행, 모빌리티 서비스 확대 등 급변하는 자동차 산업 환경 속에서 산학 간의 긴밀한 협력은 필수적인 요소이며, 이번 학회는 그 가능성을 분명하게 보여주었다고 할 수 있습니다.

[ 발표 후기 ] 

주제: 주제: 공간 확보를 위한 수직형 독립 조향장치 메커니즘 설계 및 동적 해석

제가 발표한 세션은 '지능형 섀시'가 주제였으며, 대부분의 연구는 제어 및 소프트웨어 중심의 접근 방식이 주를 이루었습니다. 이와 달리, 제가 발표한 논문은 메커니즘의 형상 설계 및 기계적 구조 분석을 중심으로 한 연구로서 상대적으로 독특한 관점을 제시했습니다. 같은 세션의 다른 발표와 비교하면서 공학적 분석과 데이터 기반의 정량적 평가가 다소 부족했음을 실감했습니다. 이번 경험을 통해 연구자로서 공학적 해석 능력을 강화하고, 기술적 깊이를 확보해야겠다는 새로운 동기와 자극을 받았습니다.

Q1. 현대자동차에서 e-Corner 관련 연구 경험을 바탕으로, 모터 하단에 하중이 집중되면서 발생하는 구조적 문제를 고려한 내용도 연구에 반영했는지 궁금합니다. 

A1. 현재 연구 단계에서는 주로 메커니즘 설계의 형상적 구현에 초점을 맞추었으나, 앞으로는 구조적 안정성과 내구성 확보를 위한 공학적 분석을 추가로 수행할 예정입니다. 이를 위해 구조 해석과 피로 해석을 병행하여, 실제 차량에 적용 가능한 수준까지 연구를 발전시킬 계획입니다.

[ 청취 후기 ]

주제: 주제: e-Corner 시스템의 Steer-by-Wire 고장 시 고장허용제어 연구

현대자동차와 현대모비스에서 진행 중인 e-Corner 시스템 연구 발표를 통해 실제 산업 현장에서 겪고 있는 다양한 기술적 한계점과 실무적 고민을 구체적으로 접할 수 있었습니다. 특히, 단순히 기술적 장점만을 나열하는 발표가 아니라 개발 과정에서 마주한 시행착오와 문제 해결을 위한 접근 방법까지 공유되었다는 점이 매우 인상적이었습니다. 제어 기술과 관련해서는 복잡한 휠 독립 구동과 조향, 제동, 서스펜션 제어가 하나의 모듈 안에서 통합적으로 작동해야 하는 까다로운 조건이 강조되었는데, 이 과정에서 발생하는 오차와 지연을 최소화하는 것이 핵심 과제임을 확인할 수 있었습니다. 더 나아가 특정 고장 시나리오를 완벽히 구현하고 검증하기 위해 필요한 시뮬레이션 환경이 단순하지 않고, 다양한 변수와 상호작용을 포함하기 때문에 연구자와 개발자 모두에게 상당히 도전적인 과제라는 점도 깊이 와 닿았습니다.

발표에서는 특히 MSC Adams 프로그램 개발자와의 협업 사례가 흥미롭게 다가왔습니다. 이 협업을 통해 실제 차량 주행 상황에서 발생할 수 있는 동역학적 문제를 보다 정밀하게 반영할 수 있었고, 단순한 모델링을 넘어 고장 모드나 예외적 상황까지 반영하는 시뮬레이션이 가능해졌다고 합니다. 이러한 사례는 연구실 환경에서 주로 이론적 분석이나 제한된 범위의 시뮬레이션만 경험하던 제게, 산업 현장에서 필요한 실질적 수준의 시뮬레이션이 얼마나 복잡하고 세밀한 검증 과정을 거쳐야 하는지를 체감하게 했습니다. 인터넷이나 문헌을 통해 접했던 지식이 실제 적용 단계에서는 어떻게 변형되고 보완되는지, 또 협업을 통해 어떻게 해결책을 마련하는지를 직접 들을 수 있었던 점은 무엇보다도 값진 경험이었습니다.

또한 이번 세션을 통해 제어 시스템에서 발생할 수 있는 오차를 최소화하기 위한 다양한 접근법이 탐색되고 있음을 알게 되었습니다. 하드웨어적 개선, 소프트웨어적 보정, 센서 융합 기술 등 여러 방안이 동시에 검토되고 있으며, 특히 전기전자적 요소의 신뢰성이 전체 시스템의 안전성과 직결된다는 점이 반복적으로 강조되었습니다. 이는 기계적 메커니즘 설계만으로는 해결할 수 없는 영역으로, 전자제어 장치와 센서 네트워크가 얼마나 정밀하게 작동하는지가 최종 성능을 결정짓는다는 사실을 다시 한 번 깨닫게 되었습니다. 특히 전장 부품의 내구성, 온도 변화에 따른 신호 왜곡, 데이터 통신 지연 등 다양한 변수가 제어 성능에 직접적인 영향을 주는 사례들을 통해, 복잡한 시스템에서 전기전자적 요소가 차지하는 비중을 더욱 실감할 수 있었습니다.

결국 이번 경험은 단순히 기술 발표를 청취하는 수준을 넘어, 산업 현장에서 기술자들이 매일 부딪히는 현실적인 문제를 깊이 이해할 수 있는 계기였습니다. 동시에 저 자신이 앞으로 연구를 진행할 때 어떤 시각을 가져야 하는지도 명확히 일깨워 주었습니다. 기계적인 메커니즘 설계만으로는 완전한 해결책을 제시할 수 없으며, 반드시 전장 시스템, 제어 알고리즘, 소프트웨어와의 긴밀한 통합이 필요하다는 점을 절실히 느꼈습니다. 따라서 향후 제 연구에서도 전기전자적 시스템에 대한 깊은 이해를 바탕으로, 기계적 구조와 제어 시스템이 유기적으로 맞물리는 통합적 접근 방식을 더욱 강화할 필요성을 깨달았습니다. 이번 세션은 연구자로서의 제 방향성을 재정립하게 해준 중요한 경험이었으며, 단순한 지식 습득을 넘어 실제 산업과 학문 간의 간극을 좁히는 데 있어 소중한 자산으로 남을 것입니다.