KR100196080B1

KR100196080B1 - 자동차의 동력전달계 비틀림 진동 해석 장치

Info

Publication number: KR100196080B1
Application number: KR1019960076089A
Authority: KR
Inventors: 김상수
Original assignee: 양재신; 대우자동차주식회사; 김덕중; 사단법인 고등기술연구원 연구조합
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR19980056819A

Abstract

본 발명은 자동차의 동력전달계 비틀림 진동 해석 장치에 관한 것으로, 엔진부(10)와 클러치디스크부(15)와 기어박스부(20)로 구성되는 해석 장치에 있어서, 상기 엔진부(10)는 엔진토크(T(t))를 입력받는 연산기(10a)와, 그 연산기(10a)의 출력(θ1)을 적분하는 적분기(10b)와, 그 적분기(10b)의 출력(θ'1)을 다시 적분하여 회전각 변위(θ1)를 출력하는 적분기(10c)를 포함하고, 상기 클러치디스크부(15)는 상기 적분기(10b)의 출력(θ'1)을 입력받아 클러치의 히스테리시스 토크(Hp)를 출력하는 연산기(15a)와, 상기 적분기(10c)의 출력(θ1)을 입력받아 비틀림 강성데이타(Kp)를 출력하는 연산기(15b)를 포함하며, 상기 기어박스부(20)는 저항토크(D(t)), 상기 클러치의 히스테리시스 토크(Hp) 그리고 비틀림 강성데이타(Kp)를 연산하는 연산기(20a)와, 그 연산기(20a)의 출력(θ2)을 적분하는 적분기(20b)와, 그 적분기(20b)의 출력(θ'2)을 다시 적분하여 회전각 변위(θ2)를 출력하는 적분기(20c)를 포함한다. 본 발명은 클러치의 비틀림특성을 최적의 비틀림 강성(Kp) 및 클러치의 히스테리시스 토크(Hp)를 구하여 해석하므로써, 차량의 공회전시 동력전달계에서의 비틀림진동을 시뮬레이션으로써 측정할 수 있다.

Description

자동차의 동력전달계 비틀림 진동 해석 장치.

본 발명은 자동차의 동력전달계 비틀림 진동 해석 장치에 관한 것으로, 특히 자동차의 동력전달경로를 엔진-변속기-타이어-차체의 요소들로 등가화하고 그 등가화된 요소들을 비틀림스프링이나 댐퍼와 같은 것으로 연결된다고 모델링하여 동력전달계 비틀림특성을 해석하므로써, 엔진 공회전시 동력전달계에서의 비틀림진동을 저감하도록 한 자동차의 동력전달계 해석 장치에 관한 것이다.

승용차에 있어서 엔진의 공회전시나 주행중에 발생하는 여러 형태의 진동 및 소음의 저감은 승차감 및 차량의 안전성에 있어 중요한 과제가 되고 있다. 이러한 소음, 진동은 주로 엔진에서 발생하는 토크의 비주기적인 변동성분이 클러치, 변속기, 구동축을 거쳐 바퀴로 전달되는 과정에서 발생한다.

클러치는 동력을 전달 또는 차단하는 기능 뿐만아니라 엔진이나 변속기에서 발생하는 소음이나 진동을 저감시키는 기능을 가지고 있다. 따라서 엔진의 비주기적인 토크변동으로 인한 변속기의 치타음(rattling noise)이나 동력전달계의 비틀림진동을 저감시키는 방법으로는 여러 가지가 있으나 클러치 디스크(clutch disc)의 비틀림기구의 설계인자들을 적절히 조절함으로써 변속기의 입력기어에 전달되는 비틀림진동을 저감시키는 방법이 일반적으로 수행되어지고 있다.

크리핑(creeping)은 승용차가 가속페달을 밟지 않은 상태에서 거의 엔진 공회전 속도에 가까운 최저속도로 주행하는 상태를 말하며, 이때 최저속도로 주행하게 되면 변속기에 작용하는 저항토크는 증가하게 되고, 그 결과 클러치디스크의 작동구역은 프리댐퍼(pre-damper) 영역에서 메인댐퍼(main-damper) 영역으로 이동하여 엔진토크의 변동으로 인한 플라이휘일의 각속도변동은 클러치디스크에서 더 이상 효과적으로 차단되지 못하기 때문에 기어단수의 증가에 따라 증가되는 플라이휘일의 각속도변동은 감쇠(damping)되지 않은 상태에서 변속기 입력축(input shaft)으로 전달된다. 이로 인해 증가된 변속기 입력축의 각속도변동은 기어 치타음의 원인이 된다. 최근 교통량의 증가로 인해 승용차를 저속으로 주행하는 경우가 많아짐에 따라 최저속 주행상태에서 발생하는 진동, 소음문제 또한 중요한 과제로 대두되고 있다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 자동차의 동력전달경로를 엔진-변속기-타이어-차체의 요소들로 등가화하고 그 등가화된 요소들을 비틀림스프링이나 댐퍼와 같은 것으로 연결된다고 모델링하여 동력전달계 비틀림특성을 해석하므로써, 엔진 공회전시 동력전달계에서의 비틀림진동을 저감하도록 한 자동차의 동력전달계 해석 장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진부와 클러치디스크부와 기어박스부로 구성되는 해석 장치에 있어서, 상기 엔진부는 엔진토크를 입력받는 연산기와, 그 연산기의 출력을 적분하는 적분기와, 그 적분기의 출력을 다시 적분하여 회전각 변위를 출력하는 적분기를 포함하고, 상기 클러치디스크부는 상기 적분기의 출력을 입력받아 클러치의 히스테리시스 토크를 출력하는 연산기와, 상기 적분기의 출력을 입력받아 비틀림 강성데이타를 출력하는 연산기를 포함하며, 상기 기어박스부는 저항토크, 상기 클러치의 히스테리시스 토크 그리고 비틀림 강성데이타를 연산하는 연산기와, 그 연산기의 출력을 적분하는 적분기와, 그 적분기의 출력을 다시 적분하여 회전각 변위를 출력하는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 동력전달계 비틀림 진동 해석 장치 구성도.

도 2는 도 1에 대한 상세 구성도.

도 3은 도 1의 클러치디스크부의 비틀림 특성 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 엔진부 15 : 클러치디스크부

20 : 기어박스부 T(t) : 엔진토크

D(t) : 변속기의 드레그토크

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 자동차의 동력전달계 비틀림 진동 해석 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진토크(T(t))를 입력받고 엔진플라이휘일(flywheel)의 회전각 변위(θ1)와 질량(J1)을 갖는 엔진부(10)와, 그 엔진부(10)와 연결되고 비틀림 강성(Kp) 및 클러치 허브댐퍼의 히스테리시스(f(h))를 갖는 클러치디스크부(15)와, 그 클러치디스크부(15)와 연결되고 입력기어의 회전각 변위(θ2) 및 질량(J2)을 가지고 변속기의 드레그토크(D(t))를 입력받는 기어박스부(20)로 구성된다.

도 2를 참조하면, 상기 엔진부(10)는 엔진토크(T(t))를 입력받는 연산기(10a)와, 그 연산기(10a)의 출력(θ1)을 적분하는 적분기(10b)와, 그 적분기(10b)의 출력(θ'1)을 다시 적분하여 회전각 변위(θ1)를 출력하는 적분기(10c)로 구성된다.

상기 클러치디스크부(15)는 상기 적분기(10b)의 출력(θ'1)을 입력받아 클러치의 히스테리시스 토크(Hp)를 출력하는 연산기(15a)와, 상기 적분기(10c)의 출력(θ1)을 입력받아 비틀림 강성데이타(Kp)를 출력하는 연산기(15b)를 포함한다.

상기 기어박스부(20)는 저항토크(D(t)), 상기 클러치의 히스테리시스 토크(Hp) 그리고 비틀림 강성데이타(Kp)를 연산하는 연산기(20a)와, 그 연산기(20a)의 출력(θ2)을 적분하는 적분기(20b)와, 그 적분기(20b)의 출력(θ'2)을 다시 적분하여 회전각 변위(θ2)를 출력하는 적분기(20c)로 구성된다.

상기에서 엔진부(10)의 질량(J1)은 엔진플라이휘일, 클러치커버, 크랭크샤프트, 커넥팅로드(connecting rod)를 포함하는 엔진의 등가관성으로 표현되고, 기어박스부(20)의 질량(J2)은 변속기 입력축에 대한 차체의 등가관성으로 표현된다.

상기 클러치(15)는 소정의 강성을 갖는 비틀림스프링이나 감쇠계수를 갖는 댐퍼로 구현된 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차의 동력전달계 해석 장치를 좀더 상세히 설명하면, 도 1의 해석 장치는 다음과 같은 식(1),(2)의 운동방정식에 따라 동작된다.

J1θ1 + f(h) + Kp(θ1 - θ2) = T(t) ------- (1).

J2θ2 - f(h) - Kp(θ1 - θ2) = -D(t) ------ (2).

도 1 및 도 2의 해석 장치에 의해 얻어지는 클러치디스크부(15)의 비틀림 특성(Kp)은 도 3의 그래프에 도시한 바와 같다.

그리고, 히스테리시스 토크(f(h))는 다음과 같은 식(3)에 의해 표현된다.

f(h) =

Hp/2 , θ'1 - θ'2 0일 경우

-Hp/2 , θ'1 - θ'2 0일 경우 -------- (3).

여기서, Hp : 클러치의 히스테리시스 토크.

한편, 엔진토크 T(t)는 다음과 같은 식(4)에 의해 표현된다.

T(t) = A sin(2ωt) + B sin(4ωt) ------- (4).

여기서, ω : 엔진 기본주파수

A : 2차 가진 성분의 크기

B : 4차 가진 성분의 크기

상기에서, 엔진의 관성모멘트는 다른 요소의 관성모멘트에 비해서 상당히 크다. 이것은 엔진이 클러치를 통하여 변속기의 입력축과 함께 회전하든, 회전하지 않든 간에 관계없이 엔진에서의 진동은 똑같이 나타난다. 따라서 엔진을 하나의 가진기처럼 고려할 수 있다. 이때 엔진에서 가진되는 변동성분(T(t))은 크랭크 암의 회전각의 함수로써 n차 조화항을 갖는 푸리에 급수로 전개할 수 있다. 4 실린더 4 사이클 기관에서 크랭크가 1 회전하는데 2 사이클을 끝마친다. 따라서 엔진 토크의 푸리에 급수는 2n차 조화항으로 표시가능하다. 그러나 실제로 6차 조화항 이상은 비틀림 진동에 거의 영향을 미치지 않기 때문에 여기서는 2차와 4차 조화항만을 가진 토크로 고려하여 엔진 토크(T(t))를 가정할 수 있다.

상기와 같은 운동방정식(1)-(2)에 따라 작동되는 자동차의 동력전달계 해석 장치에 의하면 최적의 비틀림 강성(Kp) 및 클러치의 히스테리시스 토크(Hp)를 구하므로써, 자동차의 공회전시에 비틀림 진동을 시뮬레이션으로써 측정하여 산출할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 클러치의 비틀림특성을 최적의 비틀림 강성(Kp) 및 클러치의 히스테리시스 토크(Hp)를 구하여 해석하므로써, 차량의 공회전시 동력전달계에서의 비틀림진동을 시뮬레이션으로써 측정할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

엔진토크(T(t))를 입력받고 엔진플라이휘일(flywheel)의 회전각 변위(θ1)와 질량(J1)을 갖는 엔진부(10)와, 그 엔진부(10)와 연결되고 비틀림 강성(Kp) 및 클러치 허브댐퍼의 히스테리시스(f(h))를 갖는 클러치디스크부(15)와, 그 클러치디스크부(15)와 연결되고 입력기어의 회전각 변위(θ2) 및 질량(J2)을 가지고 변속기의 드레그토크(D(t))를 입력받는 기어박스부(20)로 구성되는 해석 장치에 있어서, 상기 엔진부(10)는 엔진토크(T(t))를 입력받는 연산기(10a)와, 그 연산기(10a)의 출력(θ1)을 적분하는 적분기(10b)와, 그 적분기(10b)의 출력(θ'1)을 다시 적분하여 회전각 변위(θ1)를 출력하는 적분기(10c)를 포함하고, 상기 클러치디스크부(15)는 상기 적분기(10b)의 출력(θ'1)을 입력받아 클러치의 히스테리시스 토크(Hp)를 출력하는 연산기(15a)와, 상기 적분기(10c)의 출력(θ1)을 입력받아 비틀림 강성데이타(Kp)를 출력하는 연산기(15b)를 포함하며, 상기 기어박스부(20)는 저항토크(D(t)), 상기 클러치의 히스테리시스 토크(Hp) 그리고 비틀림 강성데이타(Kp)를 연산하는 연산기(20a)와, 그 연산기(20a)의 출력(θ2)을 적분하는 적분기(20b)와, 그 적분기(20b)의 출력(θ'2)을 다시 적분하여 회전각 변위(θ2)를 출력하는 적분기(20c)를 포함하는 자동차의 동력전달계 비틀림 진동 해석 장치.