KR20050097043A - 차량소음차단용 다이나믹댐퍼 - Google Patents

차량소음차단용 다이나믹댐퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량소음차단용 다이나믹댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 차량의 공회전시 또는 주행중에 발생되는 저주파소음(부밍: booming)을 감소시켜 운전자에게 쾌적한 차량주행환경을 제공하고, 또한 연비의 손실을 방지할 수 있는 차량소음차단용 다이나믹댐퍼에 관한 것이다.
본 발명의 차량소음차단용 다이나믹댐퍼(20)는, 승용차(10)의 프론트 루프 레일(14)상에 장착되어 실내로 유입되는 소음을 차단하기 위한 것으로, 소정의 질량을 가지는 금속재의 매스(22)와, 상기 매스(22)를 지지하며 양단부가 절곡된 상태에서 프론트 루프 레일(14)의 표면에 고정되는 금속재의 강성판(24)으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면 다이나믹댐퍼(30)는, 차량의 프론트 루프 레일(14)의 표면상에 설치되는 소정의 질량을 가지는 금속재의 매스(32)와, 상기 매스(32)의 양측면의 일부분을 포함하도록 프론트 루프 레일(14)에 각각 형성된 홀(36)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량소음차단용 다이나믹댐퍼{Dynamic damper for prohibiting the noise of vehicle}
본 발명은 차량소음차단용 다이나믹댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 차량의 공회전시 또는 주행중에 발생되는 저주파소음(부밍: booming)을 감소시켜 운전자에게 쾌적한 차량주행환경을 제공하고, 또한 연비의 손실을 방지할 수 있는 차량소음차단용 다이나믹댐퍼에 관한 것이다.
승용차는 동력을 얻기 위하여 연료를 분사시켜 엔진에서 연소시킨 후에 발생되는 회전력을 이용하여 이동한다. 이 때 승용차의 윈드실드글라스(windshield glass)와 루프(roof) 판넬은 엔진의 공회전이나 차량 주행시에 발생되는 엔진 소음에 의하여 실내에서 저주파수의 소음(Booming)을 발생시키는 주요 요인이 된다.
즉, 윈드실드 글라스와 루프 판넬(이하 "판넬들" 로 통칭함)은 차량의 운전석(조수석 포함)에 앉은 승객의 귀높이에 가까이 위치하고 있으므로, 판넬들의 진동에 의해 실내 음압의 증가시 승객에게 가장 영향을 많이 준다. 더욱이 이들 판넬들은 면적이 넓어서 그 진동에 의한 에너지가 크기 때문에 소음이 매우 크게 느껴진다. 특히, 상기 판넬들의 1차 모드의 진동주파수는 대부분의 차량에서 48Hz 부근에 나타나는데, 차량의 운행시 이 주파수에 일치하는 가진력이 들어올 경우, 실내에서는 이들 판넬들의 공진으로 인해 엄청나게 큰 레벨의 소음이 발생하게 된다.
상기한 진동소음은, 차량주행시 토크 컨버터의 슬립량을 줄여서 연비를 증가시키기 위하여 댐퍼클러치를 직결하는 경우에 연비감소 문제가 발생된다. 다시말하여, 댐퍼클러치에 직결되는 분당회전수(RPM)을 낮춰서 설정할수 록, 연비측면에서는 유리하지만, 너무 낮추게 되면 가진력이 커지면서 바로 윈드실드글라스와 루프 판넬의 1차 굽힘모드를 반드시 지나게 되기 때문에, 이들 판넬들의 공진으로 인한 엄청난 실내 부밍(저주파수 대역의 소음)이 발생하는 문제가 있다. 예를 들어, 1200rpm으로 댐퍼클러치 직결 분당회전수(RPM)를 셋팅할 경우, 4기통엔진 폭발주파수가 40Hz이므로, 댐퍼클러치가 직결된 상태에서 서서히 가속하면, 1450rpm에서 루프 판넬모드인 48Hz를 만나게 되어 부밍이 발생하게 된다.
그러나, 분당회전수를 1500rpm으로 셋팅할 경우, 직결된 상태에서 가속하더라도, 엔진폭발주파수가 50Hz부터 증가하기 때문에 48Hz인 루프판넬 모드와 만나지 않게 되어, 부밍은 크게 발생하지 않는다. 따라서, 과거에는 댐퍼클러치 직결시 부밍을 해결하는 방법으로, 연비감소를 감수하면서 댐퍼클러치 직결 분당회전수(RPM)을 통상 1500rpm 이상으로 셋팅하였다. 이것은 특히 윈드실드글라스와 루프 판넬을 양산 가능한 범위에서 구조변경을 하여도 그 1차모드가 48Hz에서 전후 1Hz이상 변동되지 않기 때문에 연비의 손해를 감수하면서 설정한 것이다.
그러나, 댐퍼 클러치 직결 분당회전수(RPM)을 상향조정하여 셋팅하는 방법은, 100rpm당 1%의 연비감소(더 많은 연료량이 소모되는 것을 의미함)를 보이는 것으로 알려져 있기 때문에, 1300rpm에 셋팅하지 않고, 1500rpm이상에 셋팅할 경우, 2%의 연비감소를 감수해야 하는 치명적인 문제점이 있었다.
한편, 연비를 저하시키지 않기 위해, 댐퍼클러치 직결 rpm을 낮출 경우, 윈드실드글라스와 루프 판넬의 1차굽힘 모드를 변경시켜야만 하는데, 예를 들어 HONDA ACCORD와 같은 차량에서는 이를 위해 ROOF RAIL에 5Kg의 매스(MASS)를 장착하는 방법을 사용하고 있으나, 차량의 하중이 증가하기 때문에 채택되기 어려운 형편이다.
그 외에 기존의 방법은 ROOF 판넬의 1차 굽힘모드를 변경하기 위하여, ROOF RAIL의 단면 두께 변경, 높이 변경, HOLE 천공, 용접점 변경, MTG부 변경 등의 다양한 설계구조 변경방법을 사용하였는데, 루프 판넬의 모드가 현재 48Hz에 불과하고 1~2Hz 이상 변경이 안되기 때문에, 댐퍼클러치 직결시 부밍이 여전히 문제가 되고 있으며, 부밍현상을 방지하기 위한 근본적인 개선책이 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 공회전시 또는 주행중에 발생되는 저주파소음(부밍: booming)을 감소시켜 운전자에게 쾌적한 차량주행환경을 제공하고, 또한 연비의 손실을 방지할 수 있는 차량소음차단용 다이나믹댐퍼에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량소음차단용 다이나믹댐퍼는, 승용차의 프론트 루프 레일상에 장착되어 실내로 유입되는 소음을 차단하기 위한 것으로, 소정의 질량을 가지는 금속재의 매스와, 상기 매스를 지지하며 양단부가 절곡된 상태에서 프론트 루프 레일의 표면에 고정되는 금속재의 강성판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면 다이나믹댐퍼는, 차량의 프론트 루프 레일의 표면상에 설치되는 소정의 질량을 가지는 금속재의 매스와, 상기 매스의 양측면의 일부분을 포함하도록 프론트 루프 레일에 각각 형성된 홀로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 차량소음차단용 다이나믹댐퍼를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 차량엔진의 공회전 또는 주행시, 특히 3단 및 4단 주행시 연비개선을 위해 TCU에서 댐퍼클러치가 직결되도록 할 때, 실내에서 과도하게 상승하는 저주파 소음(부밍: booming)을 차단하기 위한 것으로서, 프론트 루프 레일(FRONT ROOF RAIL)의 중앙(center) 위치에, 새로운 형태의 다이나믹댐퍼(진동흡진기)를 설치함으로서 달성된다. 본 발명에 의하면, 윈드실드글라스 및 루프판넬의 1차 굽힘모드를 5Hz가량 변경(즉, 48Hz에서 43Hz로) 할 수 있으며, 연비를 2% 이상 개선시킬 수 있다.
먼저 첨부된 도 1을 참고하여 댐퍼클러치 직결시 실내부밍에 큰 영향을 주는 승용차(10)의 차체 위치를 살펴 보면 다음과 같다. 도시된 바와 같이, 승용차(10)의 윈드실드 글라스(12)와 루프의 1차 굽힘모드(48Hz)를 유한요소법으로 해석한 모드형상에 의하면, 윈드실드 글라스(12)의 상단부(A)와 루프 판넬에서 가장 부밍이 많이 발생됨을 알 수 있다. 물론 다른 부위에서도 부밍이 발생되지만, 실내의 운전자에게 커다란 영향을 주지 않으므로 무시한다. 한편, 본 발명에서는 상기 윈드실드 글라스(12) 및 루프 판넬에 의한 부밍을 감소시키기 위하여 다이나믹댐퍼를 설치하는 위치로서 프론트 루프 레일의 중앙을 설정하였다.
도 2는 본 발명에 의한 다이나믹댐퍼(20)의 일실시예로서, 프론트 루프 레일(14)상에 설치된 상태를 나타내는 사시도이다. 다이나믹댐퍼(20)는 프론트 루프 레일(14)의 중앙(센터)에 설치되며(설명의 편의를 위하여 프론트 루프 레일(14)는 절반만 표시됨), 도면에 포함된 확대사시도를 참고하면, 매스(22)와 상기 매스(22)의 하부표면을 지지하고 있는 강성판(24)으로 구성된다. 상기 매스(22)는 육면체의 형상을 가지며, 강성판(24)은 의 형상을 갖는다.
본 발명에서는, 종래에는 고무에 의하여 수행되던 강성역할을 0.8t의 철판인 강성판(24)을 이용하여 대신 수행함으로서, 매스(22)로 하여금 탄성변위가 생기도록 진동하는 역할을 한다. 이때, 중요한 것은 다이나믹댐퍼(20)가 부착된 원구조물인 프론트 루프 레일(14)의 고유모드의 진동을 흡수하기 하기 위하여, 원구조물의 고유진동수(여기서는 48Hz)에 정확히 튜닝된 다이나믹댐퍼를 설계하는 것이다. 상기 다이나믹댐퍼의 수치들은 차량에 따라서 변경될 수 있는 값이다.
또한 매스(22)와 강성판(24)은 2점의 용접부(26)를 갖고 있는데, 상기 용접부(26)는 SPOT 용접된다. 도면에서는 하나의 용접부(26)만이 표시되어 있다. 한편, 용접부(26)가 너무 많으면, 매스(22)가 강성역할까지 하게 되므로 튜닝주파수가 변할 수 있기 때문에, 용접부(26)의 갯수는 적은 것이 바람직하다. 또한 강성판(24)과 프론트 루프 레일(14) 사이에는 좌우 각각의 위치에서 2점 씩 SPOT용접에 의한 용접부(28)가 형성된다.
본 발명에 의한 다이나믹댐퍼의 작동원리를 주행시 댐퍼클러치가 직결되는 조건에서 설명하면 다음과 같다. 차량의 주행시 댐퍼클러치가 직결되는 조건(3단은 약40kph, 4단은 약60kph)에 도달하면, 차량의 분당회전수(RPM)은 TCU에 미리 셋팅된 값으로 변화한다
이때 토크컨버터의 슬립이 발생하지 않는 대신 가진력 증가로 인해 진동이 발생하게 된다. 이러한 상태에서 서서히 가속할 경우, 가진력은 더욱 커지고, 결국 엔진폭발주파수의 2차성분이 윈드실드글라스 및 루프판넬의 고유모드인 48Hz와 만나서 공진하게 되는 1450rpm 부근에 이르면, 윈드실드글라스(12) 및 루프 판넬의 공진현상과 함께, 실내소음레벨이 엄청나게 상승한다.
그러나 본 발명에 의한 다이나믹댐퍼(20)가 프론트 루프 레일(14) 상에 부착되어 있으면, 윈드실드글라스(12) 및 루프 판넬의 진동주파수 48Hz 에 의한 진동을 흡수하여, 윈드실드 글라스(12) 및 루프 판넬의 공진을 방지하고, 이로 인한 실내소음 악화를 방지하게 되는 것이다.
본 발명에 의한 다이나믹댐퍼(20)를 2000cc I4엔진 차량에 적용하고, 댐퍼클러치 직결 RPM을 1300rpm에 셋팅한 상태에서 승용차의 실내소음레벨의 변화를 측정한 결과, 문제대역인 1400~1600rpm에서 약 6dB이상 개선되는 결과를 보이는 것으로 나타났으며, 이것이 도 3의 그라프에 도시되어 있다. 도 3은 도 2의 다이나믹댐퍼 채용시의 소음개선효과를 나타내는 그라프로서, a는 종래, b는 본 발명의 다이나믹댐퍼를 적용한 결과로서, 연비 2% 개선 효과를 거둘 수 있음을 알 수 있다.
또한 도 4에 도시된 것은 본 발명의 다이나믹댐퍼(30)의 다른 실시예로서, 이것도 강성판(34)과 매스(32)로 구성된다. 그러나 상기 강성판(34)은, 도 2의 프론트 루프 레일(14) 처럼 별개 구조물에 용접된 것이 아니라, 프론트 루프 레일(14)과 일체(또는 프론트 루프 레일(14) 자체)로 제조된 것에 차이점이 있다.
또한 프론트 루프 레일(14)의 표면에는 길이방향으로 장공형의 한 쌍의 홀(36)이 형성된다. 상기 홀(36)은 매스(32)의 양측면에 인접하여 형성되는 것으로서, 홀(36)의 일부분에 매스(32)의 양단부가 걸치도록 형성되어 있다. 한편, 한 쌍의 홀(36) 사이에 남은 강성판(34)과 매스(32)는 spot 용접에 의한 용접부(38)가 형성된다.
상기와 같은 철판을 이용한 본 발명의 다이나믹댐퍼(20,30)는, 고무를 이용하는 기존의 다이나믹댐퍼에 비하여 두 가지의 장점을 갖는다.
첫 째, 다이나믹댐퍼가 루프 판넬 밑에 들어감으로써 여름철 급격한 온도변화에 방치될 경우, 기존의 고무재질 다이나믹댐퍼는 열에 민감하여 튜닝한 주파수가 큰 폭으로 변화하여 문제의 주파수에 해당하는 진동을 흡수하지 못하고 다른 주파수에서 오히려 악화되는 결과를 나타내는데 비하여, 본 발명의 다이나믹댐퍼는 고무대신 철판을 이용하기 때문에, 온도변화에도 미리 튜닝한 주파수가 변화하지 않는다는 장점이 있다. 둘 째, 고무재질에 비하여 철판은 진동변위가 더 크기 때문에, 원구조물의 진동을 더 잘 흡수하는 장점을 갖는다.
이와 같은 본 발명에 의하면 차량의 공회전시 또는 주행중에 발생되는 저주파소음(부밍: booming)을 감소시켜 운전자에게 쾌적한 차량주행환경을 제공하고, 또한 연비의 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 승용차의 프레임구조 및 소음발생 부위를 나타내는 모드형상도,
도 2는 본 발명에 의한 다이나믹댐퍼의 일실시예의 사시도,
도 3은 도 2의 다이나믹댐퍼 채용시의 소음개선효과를 나타내는 그라프,
도 4는 본 발명에 의한 다이나믹댐퍼의 다른 실시예의 사시도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10: 승용차 12: 윈드실드 글라스
14: 프론트 루프 레일 20,30: 다이나믹댐퍼
22,32: 매스 24,34: 강성판
26,28,38: 용접부 36: 홀

Claims (4)

  1. 차량의 소음을 차단하기 위한 다이나믹댐퍼에 있어서,
    승용차(10)의 프론트 루프 레일(14)상에 장착되어 실내로 유입되는 소음을 차단하기 위한 것으로, 소정의 질량을 가지는 금속재의 매스(22)와, 상기 매스(22)를 지지하며 양단부가 절곡된 상태에서 프론트 루프 레일(14)의 표면에 고정되는 금속재의 강성판(24)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량소음차단용 다이나믹댐퍼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매스(22)는 육면체의 형상을 가지며, 강성판(24)은 ""의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 다이나믹댐퍼.
  3. 차량의 소음을 차단하기 위한 다이나믹댐퍼에 있어서,
    차량의 프론트 루프 레일(14)의 표면상에 설치되는 소정의 질량을 가지는 금속재의 매스(32)와, 상기 매스(32)의 양측면의 일부분을 포함하도록 프론트 루프 레일(14)에 형성된 홀(36)로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량소음차단용 다이나믹댐퍼.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 매스(32)는 육면체의 형상을 가지며, 홀(36)은 프론트 루프 레일(14)의 길이방향으로 연장된 장공인 것을 특징으로 하는 차량소음차단용 다이나믹댐퍼.
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CN106965858A (zh) * 2016-01-13 2017-07-21 本田技研工业(中国)投资有限公司 汽车顶部减震配重块安装结构及安装方法

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