KR20020095660A - Bracket with dynamic damper using MR fluid - Google Patents
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Abstract
Description
본 고안은 자동차의 엔진이나 드랜스미션의 장착에 사용되는 브라켓에 관한 것으로, 특히 MR(Magneto-rheological)유체가 사용되는 다이나믹 댐퍼가 구비된 브라켓에 관한 것이다.The present invention relates to a bracket used for mounting an engine or a transmission of an automobile, and more particularly, to a bracket provided with a dynamic damper using a magneto-rheological (MR) fluid.
일반적으로 차량이나 기계구조물에 사용되는 방진용 브라켓은 가진원과 구조물사이를 지지하는 동시에 가진원으로부터 구조물로의 전달력을 최소화하여 소음 및 진동을 저감하기 위한 것이다.In general, the anti-vibration bracket used in a vehicle or a mechanical structure is to reduce the noise and vibration by supporting between the excitation circle and the structure while minimizing the transmission force from the excitation circle to the structure.
이와 같이 브라켓은 진동감쇄력을 높이기 위해서 이론적으로 브라켓의 강성이 작아져야 하는 반면, 가진원의 하중을 지지하기 위해서는 정적인 지지 강성을 유지해야 하는 상반된 요구 조건을 만족하도록 설계조건이 부여되어야 한다.As such, the bracket should theoretically have low rigidity in order to increase vibration damping force, while the design conditions should be given to satisfy the contrary requirement to maintain static support rigidity in order to support the load of the excitation circle.
그런데, 방진재인 고무를 비롯해서 흔히 사용되는 고분자재료 만으로는 상기한 두 가지의 상반된 요구조건을 충족시킬 수 없고, 또한 차량이나 기계 구조물에서 요구되는 성능이 최근 승차감 향상이나 정밀운전과 같은 고품위의 기능으로 변화되는 추세에도 부응할 수 없다는 문제점이 있었다.However, polymer materials commonly used, such as rubber, which are dustproof materials alone, cannot satisfy the above two requirements. Also, the performance required for vehicles or mechanical structures has recently changed to higher quality functions such as improved ride comfort and precision driving. There was a problem that can not meet the trend.
예컨데, 자동차의 엔진이나 트랜스미션은 피스톤과 컨넥팅로드의 상하운동에 의한 중심위치의 주기적변화와, 실린더 축방향으로 생기는 왕복운동 부분의 관성력, 컨넥팅로드가 크랭크 축의 좌우로 흔들리는 것에 의한 관성력 및, 크랭크 축에 가해지는 회전력의 주기적인 변화에 구조적으로 항상 진동을 받고 있다.For example, the engine or transmission of an automobile includes a periodic change of the center position due to the vertical movement of the piston and the connecting rod, the inertial force of the reciprocating portion occurring in the cylinder axial direction, the inertial force caused by the connecting rod swinging from the left and right of the crankshaft, Periodically changes in the rotational force applied to the crankshaft are constantly vibrated structurally.
따라서, 엔진이나 트랜스미션 등은 방진용 브라켓을 매개로 차체에 설치되고, 브라켓은 차체에 지지하는 역할과 진동을 절연하는 역할을 수행하게 되는 것이다.Therefore, the engine or the transmission is installed in the vehicle body via the anti-vibration bracket, the bracket is to support the role and to insulate the vibration.
진동의 측면에서 볼 때 엔진이나 트랜스미션에서 진동이 발생하게 되면 브라켓을 통하여 차체에 전달되게 되는 데, 이때 브라켓의 고유진동수와 진동성분의 주파스가 일치하게 되면 진동이 증폭되기 때문에 일반적으로 브라켓은 엔진에서 발생하는 진동의 주파수 영역보다 브라켓의 고유진동수가 크도록 설계하거나, 다이나믹 댐퍼를 사용하여 문제시되는 진동을 낮추게 된다.In terms of vibration, when the vibration occurs in the engine or transmission, it is transmitted to the vehicle body through the bracket. When the natural frequency of the bracket and the frequency of the vibration component coincide, the vibration is amplified. The natural frequency of the bracket is designed to be larger than the frequency range of the vibration generated at, or the dynamic damper is used to reduce the vibration in question.
여기서 종래에는 다이나믹 댐퍼로서 ER(elector rheological)유체가 주로 사용되었는 데, ER유체가 사용됨에 따라 다음과 같은 문제점이 발생되었다.Here, conventionally, an ER (elector rheological) fluid is mainly used as a dynamic damper. As ER fluid is used, the following problems occur.
첫째, ER유체 케이스 내부에 직접 전극을 설치하여 전극과 ER유체를 직접 접촉시켜야 하므로, 전극 삽입구조에 대한 문제와 전극삽입시 발생할 수 있는 ER유체 케이스 밀봉 문제와 ER유체 케이스 제작이 곤란한 문제점이 발생된다.First, since an electrode must be installed directly inside the ER fluid case to directly contact the electrode with the ER fluid, problems with the electrode insertion structure, ER fluid case sealing problems that may occur when the electrode is inserted, and problems in manufacturing the ER fluid case are difficult. do.
둘째, ER유체를 구동하기 위하여 높은 전압을 공급해야 하므로 높은 전압의 전원이 필요하다.Second, a high voltage power supply is needed to drive the ER fluid.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 저주파수에서는 충분한 지지강성을 가지면서도 고주파 진동성분을 충분히 차단시킬 수 있는 복합적인 특성을 만족시키는 다이나믹 댐퍼가 구비된 브라켓을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and provides a bracket with a dynamic damper that satisfies the complex characteristics that can sufficiently block the high-frequency vibration components while having sufficient support stiffness at low frequencies There is a purpose.
또한, 본 발명은 MR(Magneto-rheological)유체를 이용한 다이나믹 댐퍼가 구비된 브라켓을 제공함에 또다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a bracket having a dynamic damper using a magneto-rheological (MR) fluid.
도 1은 본 발명에 따라 다이나믹 댐퍼가 구비된 브라켓의 설치상태를 도시한 개략적인 도면,1 is a schematic diagram showing an installation state of a bracket provided with a dynamic damper according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 브라켓의 작동 흐름도,2 is an operation flowchart of a bracket according to the present invention;
도 3a, 3b, 3c는 본 발명에 따른 브라켓에 의해 진동이 저감되는 상태를 도시한 그래프이다.3A, 3B and 3C are graphs showing a state in which vibration is reduced by the bracket according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 브라켓 20 : 다이나믹 댐퍼10: bracket 20: dynamic damper
21 : MR유체 22 : 케이스21: MR fluid 22: case
23 : 하우징 24 : 전자석23 housing 24 electromagnet
30 : 가속도센서 40 : ECU30: acceleration sensor 40: ECU
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차체 마운트와 엔진 등을 연결하는 브라켓에 있어서, 브라켓의 일측에 다이나믹 댐퍼가 설치된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the bracket for connecting the vehicle body mount and the engine, characterized in that the dynamic damper is installed on one side of the bracket.
또한, 본 발명은 상기 다이나믹 댐퍼에 MR유체가 사용되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the MR fluid is used in the dynamic damper.
이를 위해 본 발명은 브라켓과, 브라켓 일측면에 부착설치되고 MR유체가 충진되는 케이스와, 엔진 등의 진동량을 계산하기 위한 가속도센서와 ECU 및, ECU의 신호에 따라 케이스의 MR유체에 자기장을 가하기 위한 전자석을 포함하여 이루어진다.To this end, the present invention provides a magnetic field to the MR fluid of the case according to the bracket, the case attached to one side of the bracket and the MR fluid is filled, the acceleration sensor and ECU for calculating the vibration amount of the engine, etc., and the signal of the ECU It includes an electromagnet for application.
한편, 상기와 같은 구조를 갖는 브라켓의 진동 감쇄방법을 살펴보면, 브라켓에 가해지는 진동속도를 측정하는 단계와, 측정된 가속도를 통해 주파수를 계산하는 단계, 최대 진동발생 주파수를 결정하는 단계, 최대 진동 발생 주파수에서 진동을 상쇄할 수 있는 다이나믹 댐퍼의 스프링계수와 댐핑값을 계산하는 단계, 계산된 스프링계수와 댐핑값에 상응하는 전압의 세기를 계산하는 단계, 계산된 전압을 전자석에 인가하여 MR유체의 진동 감쇄력을 가변시켜 진동을 감쇄시키는단계를 포함하여 이루어진다.On the other hand, looking at the vibration damping method of the bracket having the structure as described above, measuring the vibration speed applied to the bracket, calculating the frequency through the measured acceleration, determining the maximum vibration frequency, maximum vibration Calculating the spring coefficient and damping value of the dynamic damper which can cancel the vibration at the generated frequency, calculating the strength of the voltage corresponding to the calculated spring coefficient and the damping value, and applying the calculated voltage to the electromagnet Attenuating the vibration by varying the vibration damping force of the made.
이하 본 발명을 도 2의 흐름도를 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. 2.
도 1은 본 발명에 따라 다이나믹 댐퍼가 구비된 브라켓의 설치상태를 도시한 개략적인 도면이다.1 is a schematic diagram showing an installation state of a bracket provided with a dynamic damper according to the present invention.
상기한 도면에 따르면 본 발명은 엔진 등과 차체의 마운트 사이에 연결되는 브라켓(10)과, 브라켓은 측면에 부착설치되는 다이나믹 댐퍼(20), 다이나믹 댐퍼에 부과되는 질량, 브라켓의 진동을 감지하기 위한 가속도센서(30), 가속도 센서로부터 신호를 받아 처리하여 다이나믹 댐퍼로 전압을 인가하기 위한 ECU(40)로 이루어진다.According to the drawings, the present invention is a bracket 10 is connected between the engine and the mount of the vehicle body, the bracket is a dynamic damper 20 attached to the side, the mass imposed on the dynamic damper, for detecting the vibration of the bracket The acceleration sensor 30 includes an ECU 40 for receiving a signal from the acceleration sensor, processing the signal, and applying a voltage to the dynamic damper.
여기서 상기 다이나믹 댐퍼(20)는 브라켓 일측면에 부착설치되고 내부에 MR유체(21)가 충진되는 케이스(22)와, 케이스에 연결설치되고 질량을 이루는 하우징(23), 하우징 내부에 설치되고 ECU(40)로부터 해당 전압을 인가받아 MR유체에 자기장을 가하기 위한 전자석을 포함하여 이루어진다.Here, the dynamic damper 20 is attached to one side of the bracket and the case 22 filled with MR fluid 21 therein, a housing 23 connected to the case and made of mass, and installed inside the housing and the ECU It comprises an electromagnet for applying a corresponding voltage from 40 to apply a magnetic field to the MR fluid.
상기 MR유체(21)는 자기장의변화에 따라 점성(항복응력)이 변하는 특성을 갖는다. 따라서 상기 MR유체는 전압에 의해 변하는 자기장의 세기에 따라 점성과 스프링계수가 변하게 된다.The MR fluid 21 has a characteristic that the viscosity (yield stress) changes with the change of the magnetic field. Therefore, the MR fluid changes viscosity and spring coefficient according to the strength of the magnetic field that is changed by voltage.
상기 케이스(22)는 고무재질로 이루어짐이 바람직하다.The case 22 is preferably made of a rubber material.
또한, 상기 전자석(24)은 철심 주위에 전도성 코일을 감은 구조로 이루어지며, 하우징(23) 내부에 일극이 케이스를 향하는 방향으로 설치되어 자기장을 MR유체에 가할 수 있도록 한다.In addition, the electromagnet 24 has a structure in which a conductive coil is wound around the iron core, and one pole is installed in the housing 23 in a direction toward the case to apply a magnetic field to the MR fluid.
하우징(23)은 전자석을 지지하는 역할 이외에 다이나믹 댐퍼(20)의 질량으로서의 역할을 수행하게 된다.The housing 23 serves as a mass of the dynamic damper 20 in addition to supporting the electromagnet.
이하 본 발명의 작용에 대해 도 2의 흐름도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 2.
엔진 또는 트랜스미션이 작동하게 되면 진동이 발생하게 되고, 그 진동은 브라켓(10)을 통하여 차체로 전달된다.When the engine or transmission is operated, vibration is generated, and the vibration is transmitted to the vehicle body through the bracket 10.
브라켓(10)을 통하여 전달되는 진동은 브라켓(10) 측면에 설치된 가속도센서(30)에 측정된다. 이렇게 측정된 진동 데이터는 ECU(40)로 입력된다.The vibration transmitted through the bracket 10 is measured by the acceleration sensor 30 installed on the bracket 10 side. The vibration data thus measured is input to the ECU 40.
ECU(40)에서는 진동성분 중 시간축을 주파수축으로 변환하여(FFT;Fast FouriMR Transform) 최대 진동성분의 주파수를 계산하게되고, 계산된 주파수를 기준으로 브라켓(10)을 통하여 엔진이나 트랜스미션의 진동을 최대한 감쇄시킬 수 있는 정도의 다이나믹 댐퍼(20)의 스프링계수와 댐핑값을 계산하게 된다.The ECU 40 calculates the frequency of the maximum vibration component by converting the time axis among the vibration components to the frequency axis (FFT; Fast FouriMR Transform), and calculates vibration of the engine or transmission through the bracket 10 based on the calculated frequency. The spring coefficient and the damping value of the dynamic damper 20 can be calculated as much as possible.
다음으로 ECU(40)는 계산된 값에 따라 전자석(24)에 부가할 전압을 계산하고, 해당 전압을 하우징(23)에 설치된 전자석에 인가하게 된다.Next, the ECU 40 calculates a voltage to be added to the electromagnet 24 according to the calculated value, and applies the voltage to the electromagnet installed in the housing 23.
전자석(24)의 철심을 감싸고 있는 전도성 코일에 전류가 인가됨에 따라 코일 주위에 자기장이 유도되고, 이와 같이 전류에 의해 유도된 자기장은 폐회로 즉, 자기력선을 형성하게 된다.As a current is applied to the conductive coil surrounding the iron core of the electromagnet 24, a magnetic field is induced around the coil, and the magnetic field induced by the current forms a closed circuit, that is, a magnetic field line.
상기한 자기력선은 상기 브라켓(10)과 함게 유동되는 MR유체(21)를 관통하여 흐르게 되고, 이와 같이 자기장이 MR유체에 작용됨에 따라 MR유체의 진동 감쇄력을 가변시키게된다.The magnetic force line flows through the MR fluid 21 flowing with the bracket 10, and thus the vibration damping force of the MR fluid is varied as the magnetic field acts on the MR fluid.
즉, 가진원으로부터 전달되는 진동의 크기에 따라 상기 코일에 인가되는 전류치를 가변시키게 되면, 코일에 유도되는 자기장의 세기가 가변되고, 이 자기장의 세기에 따라 MR유체(21)의 점성이 변하여 MR유체는 브라켓(10)의 진동을 최대한 감소시킬 수 있는 스프링계수와 점성을 갖게 된다. 따라서 가진원으로부터의 진동을 효과적으로 감쇄시킬 수 있게 되는 것이다.That is, when the current value applied to the coil is changed according to the magnitude of vibration transmitted from the excitation source, the intensity of the magnetic field induced in the coil is changed, and the viscosity of the MR fluid 21 is changed according to the strength of the magnetic field. The fluid has a spring coefficient and viscosity that can reduce the vibration of the bracket 10 as much as possible. Therefore, the vibration from the excitation source can be effectively attenuated.
예컨데, 브라켓의 진동성분이 낮은 주파수를 가질 경우에는, MR유체에 작용하는 자기장의 세기를 약하게 하여 다이나믹 댐퍼의 특성이 낮은 주파수 영역에서진동을 감쇄할 수 있도록 설정한다.(도 3a 참조)For example, when the vibration component of the bracket has a low frequency, the strength of the magnetic field acting on the MR fluid is weakened so that the dynamic damper is set to attenuate the vibration in the low frequency region (see FIG. 3A).
또한, 브라켓의 진동성분이 높은 주파수를 가질 경우에는, MR유체에 작용하는 자기장을 강하게 하여 다이나믹 댐퍼의 특성이 높은 주파수 영역에서 진동을 감쇄할 수 있도록 한다.(도 3b 참조)In addition, when the vibration component of the bracket has a high frequency, the magnetic field acting on the MR fluid is strengthened so that the vibration can be attenuated in the high frequency region of the dynamic damper (see FIG. 3B).
또한, 브라켓의 진동모드(mode)는 여러 주파수대에 걸쳐 다양하게 존재하게 되는 데, 각각의 진동모드에 의한 진동도 전자석으로부터 MR유체에 가해지는 자기장을 조절함으로서 연속적으로 감쇄할 수 있다. 이에 대한 그래프가 도 3c에 잘 예시되어 있다.In addition, the vibration mode (bracket) mode of the bracket is present over a variety of frequencies, the vibration by each vibration mode can be continuously attenuated by adjusting the magnetic field applied to the MR fluid from the electromagnet. The graph for this is well illustrated in FIG. 3C.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 다이나믹 댐퍼가 구비된 브라켓에 의하면, 성능이 우수할 뿐만 아니라 많은 기계요소를 사용하지 않고 감쇄력(damping force)조절을 위해 자기장을 가하기 위한 전자석만을 첨가시키면 되므로 장치의 단순화. 경량화, 소형화가 가능하며, 가격도 저렴하고 고장가능성이 현격히 줄어든다.According to the bracket provided with the dynamic damper according to the present invention as described above, not only the performance is excellent, but also the use of only the electromagnet for applying the magnetic field for the damping force control without using many mechanical elements, simplifying the device. . It is possible to reduce the weight and size, and the price is low and the possibility of failure is greatly reduced.
그리고 광범위하고 연속적인 감쇄력을 발생시키며, 소비전력도 수 와트 (Watt) 수준으로 낮고 반응속도가 1∼2 msec로 빠른 장점이 있다.In addition, it generates a wide range of continuous attenuation, low power consumption of several watts (Watt) and has a fast response speed of 1 to 2 msec.
또한, MR유체를 단지 MR유체 케이스에 밀봉하여 MR유체 케이스의 제작이 완성되므로 구조가 간단하다.In addition, the structure of the MR fluid case is simple because the MR fluid is sealed in the MR fluid case.
또한, ER유체를 사용하는 경우와 비교하여 낮은 전압으로 다이나믹 댐퍼의 특성을 제어할 수 있으므로 제어가 용이하고, 온도에 덜 민감하므로 어느정도의 온도변화에 보정없이 사용할 수 있는 장점이 있다.In addition, since it is possible to control the characteristics of the dynamic damper at a lower voltage compared to the case of using the ER fluid, it is easy to control and less sensitive to temperature, so there is an advantage that it can be used without correction to a certain temperature change.
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KR100820428B1 (en) * | 2006-12-07 | 2008-04-10 | 현대자동차주식회사 | Car body mounting apparatus |
KR101047780B1 (en) * | 2008-12-03 | 2011-07-07 | 현대자동차주식회사 | Mounting dummy block unit for versatility of engine dynamo units |
WO2022178804A1 (en) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | 慕朝芬 | Anti-myopia reading book stand based on magneto-rheological material |
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- 2001-06-15 KR KR1020010033826A patent/KR20020095660A/en not_active Application Discontinuation
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