KR102474498B1 - 친환경차량용 고주파 소음 저감방법 - Google Patents

친환경차량용 고주파 소음 저감방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경차량을 구성하는 개별 단품에 대한 소음을 측정하고, 측정된 소음을 기반으로 스위칭 주파수를 제어하여 소음을 저감하기 위한 구성으로서, 주파수 전환에 의한 응답성 및 주파수 변화시의 쇼크등이 없고, 전력 손실을 최소화하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시에서 친환경차량용 고주파 소음 저감방법은 최대 소음을 발생하는 친환경차량 시스템의 단품을 선택하는 단계; 선택된 단품의 소음을 측정하는 단계; 상기 측정된 소음을 기반으로 인버터의 스위칭 주파수를 제어하는 단계;를 포함하고, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 제어하는 단계에서, 상기 스위칭 주파수는 가청주파수 범위로 설정되는 단계를 포함한다.

Description

친환경차량용 고주파 소음 저감방법{Method for reducing the hgh frequency noise of the eco-friendly-vehicle}
본 발명은 친환경차량용 고주파 소음 저감방법에 관한 것으로, 더 바람직하게, 친환경차량을 구성하는 다수의 단품 중 각 단품발생 소음의 주파수가 상이한 점을 활용하여 단품의 소음이 상쇄되는 특정 인버터 스위칭 주파수를 설정하고 제어하여, 실내로 유입되는 소음이 최소화되도록 주파수 변환을 수행하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법에 관한 것이다.
친환경차량의 경우, 요구되는 구동력의 일부 또는 전부를 전기 모터를 이용하여 차량을 주행하는 구성으로서, 구동력을 발생하는 모터, 상기 모터에 전력을 제공하기 위한 배터리 및 상기 배터리로부터 직류전력을 교류로 전환하도록 구성되는 인버터 구성을 포함하고 있다.
상기와 같이, 배터리에서 제공되는 전력은 인버터를 통해 교류전력으로 변환되고, 변환된 상기 교류전력은 모터에 공급되어 차량 구동력을 제공할 수 있다.
더욱이, 인버터는 전력을 변화하기 위해서 복수의 스위칭 소자를 포함하여 형성되는바, 차량의 운전에 필요한 모터의 구동조건에 맞게 다양한 크기의 전력을 인가하도록 고주파 온/오프 제어를 수행하도록 구성된다.
다만, 고주파로 인버터의 스위칭 소자를 스위칭(온/오프)제어할 경우, 변환되는 전력이 수 KHz의 소음을 포함하게 되는바, 차량 탑승자가 민감하게 가청할 수 있는 대역의 주파수를 포함할 수 있으며, 상기와 같은 주파수에 의해 발생하는 소음은 탑승자의 불쾌감으로 연결되는 문제점이 존재하였다.
더욱이, 이렇게 발생하는 고주파 소음의 경우, 차량의 소음에 매우 밀접한 연관성을 갖는바, 탑승자가 요구치 않는 소음을 느끼게 될 수 있는 원인을 제공하는 문제점이 존재하였다.
더욱이, 상기 고주파 소음을 줄이기 위해서 단순히 인버터 스위칭 주파수를 낮추는 경우, 인버터의 리플 전류량이 커지게 되어 발열을 야기할 수 있는 단점이 존재한다.
특허문헌1: 일본공개특허 1993-115106호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 친환경차량을 구성하는 개별 단품 또는 전체 부품에 대한 소음을 측정하고, 측정된 소음을 기반으로 스위칭 주파수를 제어하여 소음을 저감하는데 그 목적이 있다.
더욱이, 본 발명은 친환경차량의 소음을 저감함에 있어서, 주파수 전환에 의한 응답성 및 주파수 변화시의 쇼크 등이 없고, 전력 손실을 최소화하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 친환경차량용 고주파 소음 저감방법은 다음과 같은 구성을 포함한다.
차량 실내 유입 최대 소음을 발생하는 친환경차량 시스템의 단품을 선택하는 단계, 선택된 단품의 소음을 측정하는 단계, 상기 측정된 소음을 기반으로 인버터의 스위칭 주파수를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 제어하는 단계에서, 상기 스위칭 주파수는 가청주파수 범위로 설정되는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법을 제공한다.
또한, 상기 선택된 단품의 소음을 측정하는 단계에서는, 상기 선택된 단품의 소음을 동일 주파수로 환산하여 소음을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법을 제공한다.
또한, 상기 선택된 단품의 소음을 측정하는 단계에서는, 실제 노면의 다양성 데이터를 기반으로 소음을 측정하는 것을 특징으로 하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법을 제공한다.
또한, 상기 선택된 단품의 소음을 측정하는 단계에서는, 방음 처리된 챔버 내에서 소음측정 장비를 통해 소음을 측정하는 것을 특징으로 하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법.
또한, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 제어하는 단계에서는, 3 내지 5Khz 영역의 스위칭 주파수를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법을 제공한다.
또한, 상기 단품은 모터, 인버터 및 배터리 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법을 제공한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 친환경차량 시스템을 구성하는 개별 부품에서 발생하는 소음을 제거하여 사용자의 탑승환경 개선의 효과를 갖는다.
더욱이, 본 발명은 친환경차량의 인버터의 스위칭 주파수 전환을 수행함으로써 발생하는 응답성 및 변화시의 쇼크를 최소화하여 차량의 최적의 구동환경을 제공하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 단품 상의 일정 주파수 제어만을 수행하는바, 별도의 음색변화가 발생하지 않아 운전자가 쉽게 감지하지 못하는 소음 감소방법을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 친환경차량 시스템의 단품들의 구성도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 친환경차량 시스템의 개별 단품의 소음을 측정하는 구성이 개시되어 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 친환경차량 시스템의 실내 및 개별 단품의 소음을 측정한 데이터를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 토크 속도를 가변하여 발생되는 소음을 측정한 데이터를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 친환경차량 인버터의 스위칭 주파수의 변동에 따른 소음 측정 결과를 도시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 친환경차량 시스템의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 친환경차량 시스템의 경우, 전력을 제공하기 위해 구성되는 고전압 배터리(100), 배터리(100)의 직류 전압 및 전류를 교류로 전환하기 위해 구성되는 인버터(200) 및 상기 인버터(200)에 의해 발생된 교류 전력을 이용하여 차량의 구동력을 제공하는 모터(300)로 구성된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서는 동력원인 고전압 배터리(100)로 외부에서 충전된 전기 에너지를 구동모터(300)에 공급하도록 구성되고, 인버터(200)는 인버터(200) 스위칭을 통해 배터리(100)에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류전원으로 변환하여 구동모터(300)에 공급하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 인버터(200)의 경우, 배터리(100)의 직류전원을 교류전원으로 변환하기 위한 복수의 스위칭 소자(210)를 포함하도록 구성된다. 더 바람직하게 상기 스위칭 소자(210)의 경우, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치로 구성될 수 있다.
상기와 같이, 인버터(200)의 스위칭 소자(210) 제어를 통해 구동모터(300)의 구동 토크, 구동 속도 및 회생제동 토크 등에 대한 전반적인 동작을 제어한다.
위에서 개시한 바와 같이, 본 발명의 친환경차량 시스템의 경우, 모터(300), 인버터(200) 및 배터리(100) 단품의 결합을 통해서 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 친환경차량 시스템을 구성하는 단품의 소음을 측정하는 단계를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 구동력을 측정하기 위한 다이나모가 모터(300)의 일단과 결합되도록 구성되며, 선택된 단품을 방음 처리된 챔버 내에 삽입하도록 구성된다.
상기 단품은 모터(300), 인버터(200) 및 배터리(100) 중 적어도 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 방음 처리된 챔버 내에는 주파수를 측정하기 위한 오실로스코프(500) 및 소음측정장비(400)를 구비하도록 구성된다.
더 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에서는 배터리(100)의 소음을 측정하도록 구성되는바, 이는 차량의 내측 시트 후단에 설치되고, 냉각을 위한 공기 흡 배출 덕트가 실내로 연결되어 구성되는 배터리(100)에서 발생하는 소음이 실내로 가장 많이 유입되기 때문이다.
상기와 같이, 친환경차량 시스템을 구성하는 단품에서 발생하는 소음을 측정하는바, 주파수에 따라 발생하는 소음의 크기를 측정할 수 있다.
이렇게 측정된 단품의 소음을 줄이기 위한 방법으로서, 인버터(200) 스위칭 소자(210)의 주파수를 제어할 수 있는바, 더 바람직하게, 상기 스위칭 소자(210)의 주파수는 3KHz 내지 5Khz 영역의 가청 주파수 영역의 주파수를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 친환경차량 시스템을 구성하는 개별 단품의 소음을 측정한 결과를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 친환경차량을 구성하는 모든 부품은 동일한 운전조건에서 각각 다른 소음 특성이 있는바, 이는 기계적 형상, 강도 및 전기 회로의 특성에 의해 결정된다.
즉, 차량 실내에 발생하는 소음의 정도와 개별 단품에서 발생하는 소음의 정도는 서로 다른 주파수 대역을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이에, 본 발명은 개별 단품에서 발생하는 소음을 측정하고, 상기 단품에 발생되는 소음 주파수 영역을 판단하여, 인버터(200)의 스위칭 소자(210)를 제어하는바, 각 단품의 소음을 최소화하도록 구성된다.
더 바람직하게, 본 발명의 일 실시예로서, 고전압 배터리(100)를 선택하여 단품의 소음을 측정하도록 구성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 토크/속도를 가변하여 배터리(100)의 소음을 측정한 그래프를 도시하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 친환경차량의 배터리(100)의 소음을 측정하였는바, 상기 배터리(100)의 경우, 차량 내측 후단에 설치되어 공기 흡입 및 배출 덕트가 차량 실내로 연결되도록 구성되는바, 실내로 유입되는 소음의 큰 영향을 미치는 구성이다.
따라서, 상기 친환경차량의 배터리(100)가 친환경차량 시스템에 구성된 상태로 방음 챔버에 삽입하고, 인버터(200)와 연결되도록 구성하는바, 상기 방음 챔버 내에는 소음측정장비(400)와 주파수를 측정 및 관찰할 수 있도록 구성되는 오실로스코프(500)를 위치한다.
더 바람직하게, 개별 단품을 구동시켜 측정되는 소음을 기반으로 주파수 제어를 수행할 수 있다.
이렇게 구성되는 소음측정장비(400)와 오실로스코프(500)를 통해서 배터리(100)에서 발생하는 소음과, 개별 소음이 발생하는 주파수 특성을 측정할 수 있다.
더욱이, 인버터(200)와 연결되는 모터(300)의 일단부에 다이나모를 설치하여 소음 측정실험을 진행할 수 있는바, 상기 소음 측정시험은 다이나모를 통해 토크/속도를 가변하여 측정할 수 있도록 구성된다.
뿐만 아니라, 실제의 도로 환경을 고려하여 상기 소음을 측정하도록 구성하기 위해서 다양한 노면을 분석하여 빈번하게 구동되는 운전 영역 선정하여 소음을 측정하도록 구성될 수 있다.
위와 같은 측정 시험을 통해 도 4에 도시된 바와 같이, 고유 응답 간섭에 의해 3.4KHz에서 소음 증폭이 발생하여 45dB가 측정되었고, 4.6KHz에서 상쇄가 발생하여 26dB이 측정되어 소음 최저 주파수는 4.6KHz로 측정된다.
상기 측정 결과를 기준으로 주파수 변동을 수행할 수 있는바, 배터리(100)에서 발생되는 최대 소음 주파수를 측정할 수 있다. 더욱이, 이렇게 측정된 주파수별 소음의 경우, 등청감 이론에 의해 각 주파수별 가청 가능한 레벨로 전환하여 소음을 비교할 수 있다. 더 바람직하게, 각 주파수의 소음 레벨을 1KHz로 환산하여 소음을 비교할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 친환경차량용 고주파 소음 저감방법에 따른 소음 측정결과를 도시하고 있다.
본 발명의 친환경차량용 고주파 소음 저감방법에 따라 모터의 출력을 변동하며 시험을 실시하여, 각 시험에서 인버터의 스위칭 주파수에 대한 결과①②③은 각각 1kHz로 환산한 소음을 나타낸다.
①은 출력에 따라 주파수를 변동하는 방법 ②는 소음이 증폭하는 3.4kHz 스위칭 주파수 ③은 소음이 감쇄하는 4.6kHz 스위칭 주파수 제어 방법에 대한 소음 측정 결과이다.
즉, 도시된 바와 같이, 시간에 대한 주파수 및 소음 측정결과, 전체적인 소음으로서, ②의 소음이 가장 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 이와 반대로, ③수준에서 소음이 가장 낮게 나타난다.
측정데이터를 기반으로 4.6KHz에서 소음이 가장 낮은바, 이는 청음을 수행할 경우, 청음자가 상기 영역의 소음을 인지하지 못하는 수준까지 감소됨을 나타낸다.
상기와 같이, 본 발명에 의거, 친환경차량의 단품의 소음을 측정하고, 측정된 소음을 기준으로 소음이 최소화되는 스위칭 주파수를 선정하여 제어하도록 구성하여 제어하여 도 5에 도시된 ③ 영역과 같은 결과를 얻을 수 있다
이처럼, 본 발명은 친환경차량의 개별 단품에 대한 주파수 간섭을 수행하는바, 음색의 변화가 없고, 운전자가 쉽게 감지하기 어려우며, 주파수 전환에 따른 차량 응답성 및 변화시의 쇼크 등을 최소화하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법을 제공한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 배터리
200: 인버터
210: 스위칭 소자
300: 모터
400: 소음측정장비
500: 오실로스코프

Claims (6)

  1. 최대 소음을 발생하는 친환경차량 시스템의 단품을 선택하는 단계;
    상기 선택된 단품의 소음을 측정하는 단계;
    상기 단품에서 측정된 소음을 기반으로 인버터의 스위칭 주파수를 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 인버터의 스위칭 주파수를 제어하는 단계에서, 상기 스위칭 주파수는 가청주파수 범위로 설정되고,
    상기 선택된 단품의 소음을 측정하는 단계에서는,
    상기 선택된 단품의 소음을 동일 주파수로 환산하여 소음을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 선택된 단품의 소음을 측정하는 단계에서는,
    실제 노면의 다양성 데이터를 기반으로 소음을 측정하는 것을 특징으로 하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 선택된 단품의 소음을 측정하는 단계에서는,
    방음 처리된 챔버 내에서 소음측정 장비를 통해 소음을 측정하는 것을 특징으로 하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 인버터의 스위칭 주파수를 제어하는 단계에서는,
    3 내지 5Khz 영역의 스위칭 주파수를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 단품은 모터, 인버터 및 배터리 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경차량용 고주파 소음 저감방법.
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