KR20100071540A - 산업용 차량용 실내 공명 소음 제거 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업용 차량에서 운전실의 실내 공명 소음을 제거하기 위한 장치로서, 운전실의 내벽에 마련되고 공기의 유입 또는 유출에 따라 상기 장치의 체적을 변경시켜 운전실 내부의 체적을 변경시키는 체적 가변 장치와, 상기 체적 가변 장치에 공기를 공급하기 위한 펌프와, 상기 체적 가변 장치로부터 공기를 배출시키기 위한 밸브와, 소정의 체적 변화 요구량만큼 상기 체적 가변 장치의 체적을 변화시키도록 상기 펌프와 밸브를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것인 실내 공명 소음 제거 장치, 및 상기 체적 가변 장치를 갖춘 실내 공명 소음 제거 장치를 이용한 실내 공명 소음 제거 방법에 관한 것이다.

실내 공명 소음, 체적 가변 장치, 컨트롤러, 펌프, 밸브

Description

산업용 차량용 실내 공명 소음 제거 장치 및 방법{RESONANCE NOISE REDUCING SYSTEM AND METHOD FOR INDUSTRIAL VEHICLE}

본 발명은 산업용 차량의 운전실의 고유 주파수 및 음향 특성을 변화시켜 외부 가진원에 의한 실내 공명 소음을 제거하기 위한 체적 가변 장치 및 이러한 체적 가변 장치를 이용한 실내 공명 소음 제거 방법에 관한 것이다.

통상 중장비라 불리우는 산업용 차량에서 작업 중에 발생되는 각종 작업 소음 즉, 엔진 소음, 유압 장치의 소음, 진동음 등의 외부 가진원에 의해 운전실 내부에서 실내 공명 소음이 발생하면, 운전자는 불편함과 피로감을 느끼게 된다. 특히, 산업용 차량의 경우, 일반 승용차와 달리 외부 작업 환경이 매우 열악한 조건에 노출되기 때문에, 운전실의 실내 소음/진동 감소 방안에 대한 중요성이 점차 증대되고 있는 실정이며, 이러한 실내 소음/진동 감소 방안은 제품 판매에 있어서 비교우위를 확보할 수 있는 중요한 요소 중 하나이다.

일반적으로 운전실 내부로 들어오는 소음은 공기음(Airborne noise)과 고체음(Structure noise)으로 구분되며, 공기음의 경우에는 운전실 내부의 절연 작업이나 소음원 (냉각팬, 배기 머플러, 흡기부 등)을 설계 단계에서 최소화하는 방안을 검토하게 되고, 고체음의 경우에는 공진 및 지지 구조물에 대한 장착 및 배치를 최적화함으로써 고체음이 전달되는 요소를 최소화하는 방안이 검토된다.

그러나, 운전실의 실내 공명 소음 저감을 위한 여러 가지 노력에도 불구하고, 운전실 내부의 고유 주파수(Hz)가 존재하기 때문에, 외부 음향 가진 주파수가 운전실 내부의 고유 주파수와 유사한 경우에는, 필연적으로 실내 공명 소음이 발생될 수 밖에 없다. 실내 공명 소음 혹은 공동 소음(cavity noise)은 대부분 낮은 주파수 대역에 해당하며, 큰 소음으로 인식되기보다는 귀를 압박하는 느낌을 주는 경우가 대부분이다. 따라서, 실내 공명 소음은 운전자의 심리적 불안을 유발하고, 장시간 운전시 운전자는 두통 및 멀미 현상을 호소할 수 있다.

실내 공명 소음의 발생을 방지하는 방법으로는, 설계 초기 단계에서 운전실 실내의 고유 주파수와 외부 음향 가진 주파수에 의해 공명이 유발되지 않도록 회피 설계하는 방안이 제일 효과적이나, 엔진 회전수와 관련된 전구간에 대해 특정 음향 가진 주파수를 회피 설계하는 것은 그 자체로 매우 어려운 작업이며, 특히 산업용 차량의 경우에는 아직까지 설계 단계에서 이러한 방안을 수행하지 못하는 실정이다. 따라서, 산업용 차량을 개발하여 제품을 생산한 이후에, 운전실에서 발생되는 실내 공명 소음을 효과적으로 제거해야 하는데, 이를 위해서는 외부 음향 가진 주파수를 바꾸는 방안보다는 운전실 실내의 고유 주파수 및 음향 특성을 변화시키는 방안이 더욱 효과적이다.

본 발명은, 산업용 차량의 설계 단계에서 실내 공명 소음을 제거하기 위한 고려를 할 필요가 없고 산업용 차량의 운전실의 구조 등을 변경시키는 일 없이 실내 공명 소음을 효과적으로 제거할 수 있는 장치와 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 발명자는 전술한 과제를 고려하여 운전실 자체의 크기 및 치수를 변경하지 않고 운전실 내부의 체적을 변경함으로써 운전실 실내의 고유 주파수를 변경하여 운전자가 느끼는 실내 공명 소음을 감쇠시키는 방안에 착안하였다. 이러한 방안을 실험적 방법 및 해석적 방법으로 증명하기 위해, 도 1에는 이들 방법에 의한 해석 결과를 도시하였다. 도 1로부터, 운전실의 내부 체적을 변경함으로써 실험 대상인 산업용 차량에서 발생되는 실내 공명 소음을 저감할 수 있음을 알 수 있으며, 구체적으로는 주파수가 100Hz인 성분의 음향 진폭을 10dBA만큼 저감시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

도 2 및 도 3은 운전실의 내부 체적을 변경함으로써 운전실 실내의 고유 주파수를 변경할 수 있음을 해석적인 방법을 통해 증명하기 위한 분석 결과를 나타내고 있다. 도 2 및 도 3으로부터, 실내 체적을 변경시키기 이전에는 공명 소음의 진폭이 운전자의 머리(운전자의 귀 위치)에 집중되었으나, 실내 체적을 변경시킨 이후에는 공명 소음의 진폭이 운전자 위치에서 이전보다 작게 나타남을 알 수 있 다. 결론적으로, 운전실의 내부 체적을 변경시킴으로써 운전실의 고유 주파수 및 이에 따른 음향 특성을 변화시킬 수 있으며, 결과적으로 실내 공명 소음을 제거할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 이상의 착상과 실험 및 분석 결과에 기초한 것이다. 본 발명의 실내 공명 소음 제거 장치는, 산업용 차량에서 운전실의 실내 공명 소음을 제거하기 위한 장치로서, 운전실의 내벽에 마련되고 공기의 유입 또는 유출에 따라 장치의 체적을 변경시켜 운전실 내부의 체적을 변경시키는 체적 가변 장치와, 상기 체적 가변 장치에 공기를 공급하기 위한 펌프와, 상기 체적 가변 장치로부터 공기를 배출시키기 위한 밸브와, 소정의 체적 변화 요구량만큼 상기 체적 가변 장치의 체적을 변화시키도록 상기 펌프와 밸브를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

또한, 본 발명의 실내 공명 소음 제거 방법은, 산업용 차량에서 운전실의 실내 공명 소음을 제거하기 위한 것으로서, 상기 운전실의 내벽에 체적 가변 장치를 마련하는 단계와, 공명 소음 제거를 위해 운전실 실내의 고유 주파수를 변경시키기 위한 운전실의 체적 변화 요구량을 산출하는 단계와, 상기 체적 변화 요구량만큼 상기 체적 가변 장치의 체적을 변화시키는 단계를 포함한다.

이상의 본 발명의 구성에 따르면, 산업용 차량의 운전실의 구조와 치수를 변경하는 일이 없이 운전실의 내벽에 마련된 체적 가변 장치의 체적을 변화시켜 운전실의 고유 주파수 및 음향 특성을 변화시킴으로써, 실내 공명 소음을 제거할 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명한다.

도 4는 종래 산업용 차량에서 사용하는 캐빈형 구조물을 나타낸 것이며, 도 5는 캐빈형 운전실 내부의 천장에 부착된 헤드라이너 보드(2)를 탈거한 상태의 모습을 나타낸 것이고, 도 6은 기존 헤드라이너 보드(2)가 운전실 천장에 부착된 것을 도시하고 있다. 여기서 헤드라이너 보드(2)는 일반 승용차에 사용되는 것과 같은 유형의 실내 인테리어 제품이다. 도 7에서와 같이 기존의 헤드라이너 보드(2)가 천장에 부착되어 있는 경우에는 도 8에서와 같이 천장의 철판과 헤드라이너 보드(2) 사이에 공기층으로 된 틈새(1)가 있다.

도 9에서와 같이, 헤드라이너 보드(2)와 천장 틈새 사이에 자바라 형태의 에어 쿠션(6)이 설치되어 있다. 도 10의 초기 설치 상태에서, 도 12에 도시된 작동 시스템의 연산 장치(8)에 의해 캐빈형 구조인 운전실의 실내 체적에 해당하는 고유 주파수가 계산되면, 공명 소음 발생을 방지하기 위해 필요한 체적 변화 요구량을 산출하고, 컨트롤러(9)가 공기 압축기 또는 펌프(10)를 작동시켜 공기 입구 호스(11)를 통해 자바라 에어쿠션(12) 내부에 공기를 공급한다. 에어 쿠션(12)에 공기가 들어가면 운전실 내부의 공간 체적은 상대적으로 그만큼 줄어들게 되고, 이에 따라 결국 체적 변화 이전의 내부 체적에 해당되는 고유 주파수 성분이 변화하게 됨으로써, 운전자 머리 부분에 집중되어 있던 실내 공명 소음이 분산된다. 결과적으로, 이러한 시스템의 작동에 의해, 운전자는 실내 공명 소음을 잘 인식하지 못하게 된다. 또한, 운전실 실내의 고유 주파수를 특정 주파수 성분에 맞추고자 하는 경우에는, 공기 배출용 밸브를 통해서 상기 자라바 에어쿠션(12)으로부터 공기를 배출시키면서 운전실 실내의 고유주파수를 튜닝(tuning)한다. 이때, 튜닝을 위한 고유 주파수 계산식은 아래의 식을 이용한다.

이때 상기 계산식에서,

,

및

는 음향 모드 상수(예컨대, 각각 0, 1, 2, 3 등)이며,

,

및

는 각각 3차원 좌표축를 기준으로 한 운전실 실내 체적의 치수(m)이다.

도 1은 가로축은 주파수를 나타내고 세로축은 음향 파동의 진폭을 나타내는 음향 스펙트럼 그래프.

도 2는 실내 체적을 변경하기 이전의 운전실 내부의 음향 파동 공간분포를 도시하는 평면도.

도 3은 실내 체적을 변경한 이후의 운전실 내부의 음향 파동 공간분포를 도시하는 평면도.

도 4는 종래 산업용 차량에 적용된 캐빈형 구조물의 사시도.

도 5는 종래 캐빈형 구조물의 천장을 도시한 하부 사시도.

도 6은 종래 캐빈형 구조물의 실내 천장에 적용되는 헤드라이너 보드의 사시도.

도 7은 종래의 운전석 및 의자로 이루어진 캐빈 실내 측면도.

도 8은 도 7에서 원으로 표시한 부분을 확대한 종래 캐빈 실내 천장과 헤드라이너의 확대도.

도 9는 본 발명에 의한 자바라식 에어쿠션이 천정에 부착된 운전실의 실내 측면도.

도 10은 도 9에서 원으로 표시한 부분을 확대한, 본 발명에 의한 자바라식 에어쿠션과 헤드라이너 확대도.

도 11은 본 발명에 따른 최대로 팽창한 자바라식 에어쿠션을 도시한 도면.

도 12는 본 발명에 따른 자바라식 에어쿠션 작동 시스템의 개략도.

도 13은 본 발명에 따른 공기 주입 전후의 에어쿠션을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 틈새(일반 공기층)

2 : 헤드라이너 보드

3 : 운전석 의자

4 : 조향 휠

5 : 운전실 천장 강철판

6 : 자바라 에어 쿠션

7 : 천장 헤드라이너 보드 제품

8 : 연산 장치

9 : 컨트롤러

10 : 공기 압축기

11 : 공기 입구 호스

12 : 자바라 에어 쿠션

13 : 공기 출구 밸브

Claims (4)

1. 산업용 차량에서 운전실의 실내 공명 소음을 제거하기 위한 장치로서,

   운전실의 내벽에 마련되고 공기의 유입 또는 유출에 따라 장치의 체적을 변경시켜 운전실 내부의 체적을 변경시키는 체적 가변 장치(12)와,

   상기 체적 가변 장치에 공기를 공급하기 위한 펌프(10)와,

   상기 체적 가변 장치로부터 공기를 배출시키기 위한 밸브(13)와,

   소정의 체적 변화 요구량만큼 상기 체적 가변 장치의 체적을 변화시키도록 상기 펌프(10)와 밸브(13)를 제어하는 컨트롤러(9)

   를 포함하는 것인 실내 공명 소음 제거 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 체적 가변 장치는 운전실 천정에 부착되는 에어쿠션(12)인 것인 실내 공명 소음 제거 장치.
3. 산업용 차량에서 운전실의 실내 공명 소음을 제거하기 위한 방법으로서,

   상기 운전실의 내벽에 체적 가변 장치를 마련하는 단계와,

   공명 소음 제거를 위해 운전실의 고유 공진 주파수를 변경시키기 위한 운전실의 체적 변화 요구량을 산출하는 단계와,

   상기 체적 변화 요구량만큼 상기 체적 가변 장치의 체적을 변화시키는 단계

   를 포함하는 것인 실내 공명 소음 제거 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 체적 가변 장치의 체적을 변화시키는 단계는, 펌프(10)를 통해 공기를 공급하여 체적 가변 장치의 체적을 증가시키는 단계 또는 밸브(13)를 통해 공기를 배출시켜 체적 가변 장치의 체적을 감소시키는 단계를 포함하는 것인 실내 공명 소음 제거 방법.

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