KR19980056819A - Torsional Vibration Analysis Device of Power Transmission System of Automobile - Google Patents
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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.The present invention relates to a power transmission system torsional vibration analysis device for an automobile, wherein the engine unit 10, the clutch disk unit 15 and the gear box unit 20, the analysis unit, the engine unit 10 is an engine Integrator 10a that receives torque T (t), integrator 10b that integrates output θ1 of calculator 10a, and output θ'1 of integrator 10b again. And an integrator 10c for outputting a rotation angle displacement θ1, and the clutch disc unit 15 receives the output θ'1 of the integrator 10b and outputs the hysteresis torque Hp of the clutch. And a calculator 15b for receiving the output θ1 of the integrator 10c and outputting torsional stiffness data Kp, wherein the gearbox unit 20 includes a resistance torque D ( t)), the calculator 20a for calculating the hysteresis torque Hp and the torsional stiffness data Kp of the clutch and the output θ2 of the calculator 20a are integrated. Includes an integrator 20b and an integrator 20c that integrates the output θ'2 of the integrator 20b again and outputs a rotation angle displacement θ2. According to the present invention, the torsional characteristics of the clutch can be measured by simulating the torsional vibration in the power transmission system during idling of the vehicle by analyzing the optimum torsional rigidity Kp and the hysteresis torque Hp of the clutch.
Description
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.The present invention relates to an apparatus for analyzing torsional vibration of a power train of an automobile, and in particular, equalizes a power transmission path of an automobile to elements of an engine-transmission-tire-body and connects the equivalent elements to a torsion spring or damper. The present invention relates to an apparatus for analyzing a power transmission system of a vehicle which reduces torsional vibration in the power transmission system during engine idle by analyzing power transmission system torsion characteristics.
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.Reduction of various types of vibrations and noises generated during idling or driving of an engine in a passenger car has become an important problem in the riding comfort and vehicle safety. These noises and vibrations are mainly generated in the process in which the aperiodic fluctuations of torque generated in the engine are transmitted to the wheels through the clutch, the transmission and the drive shaft.
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.The clutch not only transmits or cuts power, but also reduces the noise and vibration generated by the engine and transmission. Therefore, there are many ways to reduce the rattling noise of the transmission and the torsional vibration of the power train due to the aperiodic torque fluctuations of the engine, but by appropriately adjusting the design factors of the torsion mechanism of the clutch disc. A method of reducing the torsional vibration transmitted to the input gear of the transmission is generally performed.
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.Creeping refers to a state in which a passenger car runs at the minimum speed close to the engine idle speed without stepping on the accelerator pedal. At this time, the resistance torque acting on the transmission increases as a result of driving at the minimum speed. The operating area of the disk moves from the pre-damper area to the main-damper area so that the angular speed fluctuation of the flywheel due to the fluctuation of the engine torque can no longer be effectively blocked in the clutch disk, so the gear stage The angular velocity fluctuations of the flywheel, which increase with increasing, are transmitted to the transmission input shaft without damping. This increases the angular velocity fluctuation of the transmission input shaft, which causes the gear struck. Recently, due to the increase in traffic, passengers are traveling at low speeds, and vibration and noise problems occurring at the lowest speed are also important issues.
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.In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention models the power transmission path of an automobile to be equivalent to those of an engine-transmission-tire-body and connects the equivalent elements to a torsion spring or damper. By analyzing the torsional characteristics of the power transmission system, a power transmission system analyzing apparatus for automobiles is provided which reduces the torsional vibration in the power transmission system during engine idle.
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.The present invention for achieving the above object is an analysis device comprising an engine portion, a clutch disk portion and a gear box portion, the engine portion of the calculator receiving the engine torque, the integrator to integrate the output of the calculator, and the And an integrator for outputting rotation angle displacement by integrating the output again, wherein the clutch disk unit receives an output of the integrator and outputs hysteresis torque of the clutch, and receives an output of the integrator and outputs torsional stiffness data. And a calculator, wherein the gearbox unit calculates resistance torque, hysteresis torque of the clutch and torsional stiffness data, an integrator that integrates the output of the calculator, and outputs the rotation angle displacement by integrating the output of the integrator again. It characterized in that it comprises an integrator.
도 1은 본 발명에 따른 자동차의 동력전달계 비틀림 진동 해석 장치 구성도.1 is a block diagram of a power transmission system torsional vibration analysis device for a vehicle according to the present invention.
도 2는 도 1에 대한 상세 구성도.FIG. 2 is a detailed configuration diagram of FIG. 1. FIG.
도 3은 도 1의 클러치디스크부의 비틀림 특성 그래프.3 is a graph of torsion characteristics of the clutch disk unit of FIG. 1;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 엔진부 15 : 클러치디스크부10 engine portion 15 clutch disc portion
20 : 기어박스부 T(t) : 엔진토크20: gear box part T (t): engine torque
D(t) : 변속기의 드레그토크D (t): Drag torque of transmission
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
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.As shown in FIG. 1, a power transmission system torsional vibration analyzing apparatus of an automobile according to the present invention receives an engine torque T (t) and receives rotation angle displacement θ1 and mass J1 of an engine flywheel. An engine portion 10 having a clutch disc portion 15 connected to the engine portion 10 and having a torsional rigidity Kp and hysteresis f (h) of the clutch hub damper, and the clutch disc portion ( 15) and a gearbox part 20 which receives the drag torque D (t) of the transmission with the rotation angle displacement θ2 and the mass J2 of the input gear.
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.Referring to FIG. 2, the engine unit 10 includes an operator 10a that receives engine torque T (t), an integrator 10b that integrates the output θ1 of the operator 10a, and And an integrator 10c which integrates the output θ'1 of the integrator 10b again and outputs the rotation angle displacement θ1.
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.The clutch disk unit 15 receives an output θ'1 of the integrator 10b and outputs a calculator 15a for outputting the hysteresis torque Hp of the clutch, and an output θ1 of the integrator 10c. It includes a calculator (15b) for receiving the input to output the torsional stiffness data (Kp).
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.The gear box unit 20 includes a calculator 20a for calculating the resistance torque D (t), the hysteresis torque Hp and the torsional stiffness data Kp of the clutch, and an output θ2 of the calculator 20a. ) And an integrator 20c that integrates the output? '2 of the integrator 20b again and outputs a rotation angle displacement? 2.
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.In the above, the mass J1 of the engine unit 10 is expressed by the equivalent inertia of the engine including the engine flywheel, the clutch cover, the crankshaft, and the connecting rod, and the mass J2 of the gearbox unit 20. ) Is expressed as the body's equivalent inertia to the transmission input shaft.
상기 클러치(15)는 소정의 강성을 갖는 비틀림스프링이나 감쇠계수를 갖는 댐퍼로 구현된 것이다.The clutch 15 is implemented as a damper having a torsion spring or a damping coefficient having a predetermined rigidity.
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.Referring to the power transmission system analysis device for a vehicle according to the present invention configured as described above in more detail, the analysis device of Figure 1 is operated according to the equation of motion of the following equation (1), (2).
J1θ1 + f(h) + Kp(θ1 - θ2) = T(t) ------- (1).J1θ1 + f (h) + Kp (θ1-θ2) = T (t) ------- (1).
J2θ2 - f(h) - Kp(θ1 - θ2) = -D(t) ------ (2).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.The torsion characteristic Kp of the clutch disc part 15 obtained by the analyzer of FIGS. 1 and 2 is as shown in the graph of FIG.
그리고, 히스테리시스 토크(f(h))는 다음과 같은 식(3)에 의해 표현된다.The hysteresis torque f (h) is expressed by the following equation (3).
f(h) =f (h) =
Hp/2 , θ'1 - θ'2 0일 경우Hp / 2, θ'1-θ'2 0
-Hp/2 , θ'1 - θ'2 0일 경우 -------- (3).-Hp / 2, θ'1-θ'2 0 -------- (3).
여기서, Hp : 클러치의 히스테리시스 토크.Where Hp is the hysteresis torque of the clutch.
한편, 엔진토크 T(t)는 다음과 같은 식(4)에 의해 표현된다.On the other hand, the engine torque T (t) is expressed by the following equation (4).
T(t) = A sin(2ωt) + B sin(4ωt) ------- (4).T (t) = A sin (2ωt) + B sin (4ωt) ------- (4).
여기서, ω : 엔진 기본주파수Where ω is the engine fundamental frequency
A : 2차 가진 성분의 크기A: size of secondary component
B : 4차 가진 성분의 크기B: size of the fourth-order component
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.In the above, the moment of inertia of the engine is considerably larger than that of other elements. This means that vibrations in the engine are the same whether the engine rotates with the input shaft of the transmission through the clutch or not. Thus, the engine can be considered as a single vibrator. At this time, the fluctuation component T (t) excited in the engine can be developed as a Fourier series having an nth harmonic term as a function of the rotation angle of the crank arm. In a four-cylinder four-cycle engine, the crank completes two cycles in one revolution. Therefore, the Fourier series of engine torque can be expressed by the 2n order harmonic. However, since the sixth harmonic term has little effect on the torsional vibration, the engine torque T (t) can be assumed here considering the torque having only the second and fourth harmonic terms.
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.According to the power transmission system analysis device of a vehicle operated according to the above equations (1)-(2), the torsional vibration at the time of idling of the vehicle can be obtained by obtaining the optimum torsional rigidity (Kp) and the hysteresis torque (Hp) of the clutch. Can be measured and calculated by simulation.
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.As described above, the present invention analyzes the torsional characteristics of the clutch by obtaining the optimum torsional rigidity (Kp) and the hysteresis torque (Hp) of the clutch, thereby simulating the effect that can be measured by simulating the torsional vibration in the power train during idling of the vehicle. Have
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