KR0134203Y1 - 엔진힘의 차체전달력 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 엔진시험시나 차량시험시 엔진에서 발생하는 힘이 차체로 전달되는 전달력을 구하기 위한 측정장치에 관한 것으로, 특히 엔진을 차체에 고정하는 엔진 프론트 마운트부에 작용하는 수직하중과 롤 모멘트 및 피칭 모멘트를 정도있게 측정하는 장치에 관한 것이다.

본 고안은 4각형상의 휨변위 유도구멍을 갖는 4각기둥형상의 측정부재상에 4행 6열의 스트레인 게이지를 부착하고 이 스트레인 게이지를 6개의 브리지가 병렬접속되는 휘이트스토운 브리지회로상의 임피던스블록에 각각 달리 접속시켜 측정부재 중간의 엔진고정부재상에 수직하중과 롤 모멘트 및 피칭 모멘트를 가하면 그에 상응하는 검출치가 얻어지도록 구성한 것이다.

Description

엔진힘의 차체전달력 측정장치

제1도는 본 고안의 실시예의 측정부재와 그에 따른 작용상태를 나타낸 것으로서,

(a)는 수직하중 작용시의 변형도이고, (b)는 롤 모멘트 작용시의 변형도이며, (c)는 피칭 모멘트 작용시의 변형도이다.

제2도는 본 고안이 적용되는 휘이트스토운 브리지도.

제3도는 본 고안의 적용대상인 엔진 프론트 마운트 위치도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진고정부재 2 : 측정부재

3, 3' : 휨변위 유도구멍 4 : 스트레인 게이지

33 : 엔진 프론트 마운트

본 고안은 엔진시험시나 차량시험시 엔진에서 발생하는 힘이 차체로 전달되는 전달력을 구하기 위한 측정장치에 관한 것으로, 특히 엔진을 차체에 고정하는 엔진 프론트 마운트부에 작용하는 수직하중과 롤 모멘트 및 피칭 모멘트를 정도있게 측정하는 장치에 관한 것이다.

엔진힘이 차체에 전달되는 전달력을 측정하는 위치는 대개 제3도에서 보는 바와 같이 엔진(31)의 좌측과 차체(32)사이에 연결되는 엔진 프론트 마운트(33)로서 이 부분에 직접 측정장치를 부착하여 테스트하고 있다.

종래에 상기 전달력을 측정하는 방법으로는 상품화된 하중계로서 로드 와셔를 사용하는 방법과 로드 셀을 사용하는 방법이 있었다.

전자의 경우는 고정(이하 마운팅)되는 볼트와 너트사이에 와셔 타입의 센서를 끼워 측정하는 것으로, 정확한 마운팅 포스(mounting force)라고 하기 어렵고 보통 볼팅되는 위치가 한 군데가 아니므로 모멘트는 측정하기 어려웠다.

또, 후자의 경우는 원기둥 형식의 측정부재를 별도의 브래킷으로 지지해서 체결한 후 측정하는 것으로, 수직하중 이외의 모멘트 측정이 어렵고 또한 하중의 정확한 측정이 불가능하며(실제의 하중과 크게 틀림) 브래킷의 가공으로 말미암아 원래의 엔진구동계를 보존할 수 없게 되는 등의 문제가 있었다.

본 고안의 목적은 감도가 좋은 스트레인 게이지를 이용할 수 있도록 하는데 있고, 다른 목적은 수직하중과 롤 모멘트 및 피칭 모멘트를 동시에 측정할 수 있도록 하는데 있으며, 또 다른 목적은 동일 조건에서 시뮬레이션이 가능하도록 하는데 있는 것이다.

본 고안은 상기 목적을 달성하기 위하여 4 각형상의 휨변위 유도구멍을 갖는 4각기둥형상의 측정부재상에 4행 6열의 스테레인 게이지를 부착하고 이 스트레인 게이지를 6개의 브리지가 병렬접속되는 휘이트스토운 브리지회로상의 임피던스블록에 각각 달리 접속시켜 측정부재 중간의 엔진고정부재상에 수직하중과 롤 모멘트 및 피칭 모멘트를 가하면 그에 상응하는 검출치가 얻어지도록 구성한 것이다.

이하 본 고안의 실시예를 도면에 의하여 설명한다.

제1도에서는 엔진고정부재(1)가 중앙에 설치된 측정부재(2)가 시뮬레이션에 의하여 변위되는 상태를 도시하고 있다.

측정부재(2)는 사각기둥 형상으로서 제3도에 도시하는 바와 같은 엔진(31)과 차체(32)사이의 엔진 프론트 마운트(33)와 동일한 조건을 얻을 수 있는 재질과 강도를 갖는다. 이 측정부재(2)의 양단은 시뮬레이션을 위한 지지부재에 고정되고 중간에는 Z축상의 수직하중(Fz)과 X축상의 롤 모멘트(Mx) 및 Y축상의 피칭 모멘트(My)를 가할 수 있는 엔진고정부재(1)가 끼워져 고정되어 있다.

측정부재(2)의 양쪽에는 X축으로 부터 동일위치에서 X축과 평행방향으로 측정부재(2)의 중앙을 관통하는 사각구멍 형상의 휨변위 유도구멍(3,3')이 형성된다.

이 휨변위 유도구멍(3,3')은 수직하중(Fz)과 롤 모멘트(Mx) 및 피칭 모멘트(My)를 가했을 때 휨변위 유도구멍(3,3')주위에서 휨변위가 잘 일어나도록 하는 것과 후술하는 스트레인 게이지(4)의 감도를 좋게 하여 잡음의 영향을 받지 않도록 하는 기능을 수행한다.

스트레인 게이지(4)는 측정부재(2)표면의 변위를 감지하여 가변되는 저항값을 후술하는 휘이트스토운 브리지에 공급하는 기능을 수행한다. 이 스트레인 게이지(4)는 측정부재(2)의 휨변위 유도구멍(3,3')주위에 해당하는 측정부재(2) 상하면에 4행 6열로 24개가 부착된다.

제1도에서 상하면의 X방향으로 a,b,c,d로 표시한 것이 행이고, y방향으로 1,2,3,4,5,6으로 표시한 것이 열이다. 또 제1도에 나타내는 수직하중 Fz와 롤 모멘트 Mx 및 피칭 모멘트 My는 X,Y,Z 축 상에서 한쪽 방향으로만 힘이 작용한 상태를 나타낸 것으로 이것을 정방향이라고 하면 역방향은 그 반대의 방향이 된다.

제2도는 4개의 임피던스 블록 A,B,C,D가 마름모꼴로 접속되고 대향되는 코너를 전원분기와 검출기 분기로 브리지한 기본 모형을 나타내고 있다.

상기 기본 브리지는 제2도에 표기하고 있듯이 다수개의 병렬접속구간이 존재한다. 이러한 기본 브리지의 병렬접속은 정방향에 해당하는 Fz,Mx,My를 측정하기 위한 브리지와 역방향에 해당하는 Fz',Mx',My'를 측정하기 위한 브리지를 필요로 하므로 적어도 6개의 브리지가 병렬접속된 상태에서 하나의 전원분기와 6개의 검출기 분기를 이룬다.

브리지의 각 임피던스 블록 A,B,C,D에 접속되는 제1도의 스트레인 게이지(4)를 각각의 하중과 모멘트검출을 위한 브리지에 적용되는 방식을 하기 표 1에서 나타냈다.

상기에서 스트레인 게이지 Ga......Gd와 임피던스 블록 A,B,C,D 의 관계를 측정부재(2)에 가해지는 수직하중 Fz, Fz'과 롤 모멘트 Mx, Mx' 및 피칭 모멘트 My, My'의 작용시점에서 본다면 임피던스 블록 A와 임피던스 블록 C에 속하는 스트레인 게이지들은 측정부재(2)의 해당면에 주어지는 인장변위를 감지하게 되고, 임피던스 블록 B와 임피던스 블록 D에 속하는 스트레인 게이지들은 측정부재(2) 해당면에 주어지는 압축변위를 감지하게 되는 것이다. 예컨데 제1도(a)와 같이 수직하중 Fz가 주어질때 a행 상면과 d행 상면, b행 하면과 c행 하면에는 각각 인장력이 작용하여 인장변위가 일어날 것이고 이에 따라 해당부위에 부착된 스트레인 게이지 Ga, Ga, Ga, Gd, Gd, Gd, Gb, Gb, Gb, Gc, Gc, Gc는 이러한 인장변위를 감지하는 것이며, 반대로 b행 상면과 c행 상면, a행 하면과 d행 하면에는 각각 압축력이 작용하여 압축변위가 일어나게 되며 이에 따라 해당부위에 부착된 스트레인 게이지 Gb, Gb, Gb, Gc, Gc, Gc, Ga, Ga, Ga, Gd, Gd, Gd는 그 압축변위를 감지하여 가변저항으로 브리지의 임피던스역할을 하게 되는 것이다. 이러한 관계에서 측정이 가장 바람직한 상태로 되도록 각 임피던스 블록에 적합하게 적용되는 스트레인 게이지를 표시한 것이 상기 표 1이다.

해당 브리지에 하중이 가해지지 않을 때 병렬접속의 모든 해당 브리지의 검출기 분기에는 전류와 전압이 모두 I=OA, V=OV로 나타난다.

이것은 브리지회로의 평형조건인

를 만족할 때이다.

그러나 이 평형상태가 수직하중 Fz, Fz', 롤 모멘트 Mx, Mx', 피칭 모멘트 My, My' 중 어느 하나가 선택적으로 작용하여 불균형을 이룰 때에는 해당 브리지의 검출기 분기에 전압 강하 또는 전류의 흐름이 가변적으로 이루어져 그 측정치를 알 수 있게 되는 것이다.

데브난의 정리를 이용하여 단자 a,b에서 보았을 때

합성임피던스로서,

검출기의 임피던스를 무시 하면 지로 a,b에 흐르는 전류

이고,

a,b단자간의 전위차

로 나타날 것이다.

이와 같은 본 고안은 수직하중 뿐만 아니라 X축상의 롤 모멘트와 Y축상의 피칭 모멘트를 동시에 측정할 수 있게 되며, 휨변위 유도구멍을 갖는 측정부재상에 스트레인 게이지를 부착하므로 잡음의 영향을 덜 받으면서 변위형성이 용이한 부위에서의 고감도측정이 이루어지고, 더우기 휘이트스토운 브리지회로의 형태를 취하므로 미소전류의 방향과 전류치 등을 정확하게 측정하게 되며, 출력치를 예컨데 선형 데이터로 출력케하면 원하는 하중과 모멘트를 비교가능하게 동시에 얻어낼 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 휨변위 유도구멍이 수직하중과 롤 모멘트 및 피칭 모멘트를 가할 수 있는 엔진고정부재 양측에 형성되는 측정부재와, 상기 휨변위 유도구멍 측의 상기 측정부재 상하면에 4행 6열로 부착되는 스트레인 게이지와, 상기 스트레인 게이지를 수직하중과 롤 모멘트 및 피칭 모멘트의 검출이 가능하게 4개의 임피던스 블록상에 각각 달리 접속되도록 6개의 브리지를 병렬접속한 휘이트스토운 브리지회로로 이루어진 엔진힘의 차체전달력 측정장치.
2. 제1항에 있어서 휨변위 유도구멍과 측정부재는 각각 4각구멍과 4각기둥의 형상을 이루는 엔진힘의 차체전달력 측정장치.