KR20180125823A - 자동차용 파장관 휠 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어가 장착되는 휠(wheel) 및 상기 휠의 림(rim)에 안착 결합되고, 상기 림과 상기 타이어 간의 캐비티(cavity)에서 발생되는 음파 중 파장이 타이어의 원주 길이와 같은 음파의 역 위상을 발생시키는 파장관을 포함한 파장관 부재를 포함하는 자동차용 파장관 휠 어셈블리로서, 본 발명에 의하면, 차량의 캐비티 노이즈를 근본적으로 해결 가능하고, 중량 및 원가를 줄일 수가 있다.

Description

자동차용 파장관 휠 어셈블리{WHEEL ASSEMBLY WITH WAVE PIPE FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차 타이어의 캐비티에서 발생하는 소음을 저감하기 위한 자동차용 파장관 휠 어셈블리에 관한 것이다.

캐비티 공진(Cavity Resonance)이란 외부공간과 폐쇄된 공간영역(cavity) 내에서 경계조건(boundary condition)에 의해 특정한 음압분포가 형성되는 것으로, 예컨대 양 끝이 막혀있는 파이프 내에서 형성되는 음압분포는 특정한 형태로 형성되는데, 타이어에 있어서는 림(rim)과 결합된 타이어의 내부공간이 이러한 캐비티를 형성하게 되고, 이 캐비티의 형상이 도넛 형태이므로 외부에서 충격이 가해질 때 간섭 현상에 의해 특정한 음압분포가 나타나게 된다.

이러한 캐비티 노이즈(cavity noise)는 차량의 로드 노이즈의 가장 큰 원인인 바, 이를 저감시키기 위한 기술이 다수 개발되어 적용되고 있다.

예를 들어, 현가 장치의 다이나믹 댐퍼와 같은 매개체나 차체의 흡차음재와 같은 수단들이 있는데, 이러한 수단들은 소음을 일부 저감시키는 효과가 있지만 캐비티 노이즈를 근본적으로 해결하지는 못하는 한계가 있다.

또한, 흡음 타이어의 경우에는 타이어 형상이 제한적이며 소모품인 타이어를 일반 타이어로 교체하게 되면 효과를 지속할 수가 없으며, 원가의 증가 및 온도 변화에 따른 효과 변동의 문제가 있다.

그리고, 휠 자체에 중공을 형성시킨 중공 흡음 휠도 있지만, 접합 공정의 추가를 요하고 불량률이 높으며, 원가 상승 등의 문제가 있다.

이러한 종래 기술들의 한계의 원인은 자동차 및 그에 적용되는 휠 및 타이어는 캐비티 노이즈만을 고려할 수 없으며, 중량 및 원가를 고려하여야 하며 생산성도 고려되어야 하기 때문이다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국공개특허공보 제10-1999-0070125호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 차량의 캐비티 노이즈를 근본적으로 해결 가능하고, 중량 및 원가를 줄일 수 있는 자동차용 파장관 휠 어셈블리를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 자동차용 파장관 휠 어셈블리는, 타이어가 장착되는 휠(wheel) 및 상기 휠의 림(rim)에 안착 결합되고, 상기 림과 상기 타이어 간의 캐비티(cavity)에서 발생되는 음파 중 파장이 상기 캐비티의 원주 길이와 같은 음파의 역 위상을 발생시키는 파장관을 포함한 파장관 부재를 포함한다.

그리고, 상기 파장관의 일 측단은 개방되어 있고, 타 측단은 닫힌 관 구조인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파장관은 상기 휠에 대응되게 라운드진 호(弧)의 형상을 가지며, 상기 파장관의 길이는 상기 캐비티의 원주 길이의 1/4인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 파장관의 폭 방향에 대한 단면 형상은 대칭적으로 라운드진 형상인 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 파장관은 PET 섬유에 LDPE(Low Density Polyethylene) 및 HDPE(High Density Polyethylene)가 순차적으로 코팅된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파장관의 두께는 1T 이상 2T 이하이며, 밀도는 1200g/㎠ 이상 1600g/㎡ 이하인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 파장관은 복수 개로 마련되고, 상기 복수의 파장관을 연결시키는 복수의 링크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그래서, 상기 파장관 부재는 상기 림에 안착되어 양 측단을 형성하는 링크가 서로 맞닿아 폐곡면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 링크는 겹쳐져서 초음파 융착되는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 파장관은 3개로 구성되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 파장관 부재는 상기 파장관의 폭 방향 측단으로부터 연장되어 상기 림에 안착되는 사이드 월이 더 형성될 수 있다.

이러한 상기 사이드 월은 접착제에 의해 상기 림에 접착되고, 상기 림에는 상기 사이드 월의 측면을 지지하기 위해 돌출된 턱이 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 턱이 돌출된 높이는 상기 파장관의 두께보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자동차용 파장관 휠 어셈블리에 의하면, 캐비티에서 발생하는 노이즈를 근본적으로 상쇄시킴으로써 로드 노이즈를 해소시켜 이용자의 편의를 제공한다.

또한, 생산성이 우수하며 충격에 강한 등 결합성이 우수하다.

그럼에도 불구하고, 중량 상승을 최소화하며 원가 상승 또한 최소화가 가능하게 한다.

도 1은 본 발명에 의한 자동차 휠용 파장관 부재 및 파장관 휠 어셈블리를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 파장관 부재의 사시도면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 B-B 단면의 파장관 부재 및 휠의 일부를 도시한 것이다.
도 5는 파장관 부재의 일 부분의 결합 관계를 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 파장관 휠 어셈블리를 적용한 시험 결과를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 자동차 휠용 파장관 부재 및 파장관 휠 어셈블리를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 의한 파장관 부재의 사시도면을 개략적으로 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 도 2의 A-A 단면을 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 도 2의 B-B 단면의 파장관 부재 및 휠의 일부를 도시한 것이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 자동차 휠용 파장관 부재 및 그것을 포함하는 파장관 휠 어셈블리를 설명하기로 한다.

본 발명의 파장관 휠 어셈블리는 타이어가 끼워져 장착되는 휠(20, wheel)과 휠(20)의 림(rim)에 부착되는 파장관 부재(10)를 포함한다.

파장관 부재(10)는 휠(20)의 림에 안착되어 휠(20)의 림과 타이어 간의 캐비티(cavity)에서 발생되는 캐비티 노이즈(cavity noise)를 상쇄 저감시키는 역할을 한다.

도 2 및 도 3에서 참조되는 바와 같이, 파장관 부재(10)는 복수의 파장관(110, 120, 130)과 파장관들 간에 개재되는 링크(210, 220, 230, 240)로 구성된다.

차량이 주행함에 따라 타이어는 지면으로부터 충격을 받고 타이어가 찌그러지면서 캐비티 내에 음압이 발생하여, 이로 인해 음파가 발생하여 캐비티 내에 음파가 전파된다.

이 때, 특정 주파수에 해당하는 음파의 경우 정상파를 형성하여 공진하며 소음을 유발하게 되는데, 이 소음을 공명음(cavity noise)이라 하고, 이 주파수를 공명 주파수라 한다.

타이어를 잘라서 일자로 펼친다고 가정할 때, 캐비티는 이론적으로 열린관 구조를 형성하게 되고, 열린관에서는 여러 주파수의 정상파가 발생한다.

이 정상파에 해당되는 주파수가 공명주파수이며 여러 공명주파수가 존재하게 된다.

타이어의 길이를 L이라 하고, 음파의 파장을 λ, 주파수를 f라 하면, 열린관의 정상파는 L=nλ/2(n은 자연수)에서 발생하게 된다.

그런데, 시작점과 끝점의 위상이 다르기 때문에 휠에서는 L=λ/2, 3λ/2, 5λ/2의 정상파는 형성되지 않고, 소음의 영향은 λ/2, 2λ/2, 4λ/2 중 2λ/2에 해당하는 주파수가 가장 문제가 되는 공명 주파수가 된다.

그래서, 본 발명의 파장관(110, 120, 130)은 L=2λ/2에 해당하는 공명주파수의 음파를 상쇄시키기 위해 이의 역 위상을 발생시키는 1/4 파장관(1/4 wave resonator)로 적용된다.

즉, 복수의 파장관(110, 120, 130) 각각은 이를 만족하는 길이를 가지며, 일 측단은 열려 있고, 타 측단은 닫혀진 닫힌 관 구조를 가진다.

음속 v=340m/s, 캐비티의 반지름 r=0.248m(18인치 휠)인 경우를 예로 들면, 해소하고자 하는 공명주파수의 음파를 상쇄시키는 파장관의 길이는 다음과 같이 계산된다.

즉, 위 수학식들의 결과와 같이 L=λ에 해당되는 공명주파수는 210Hz, 파장은 1.62m임을 알 수 있고, λ/4는 0.405m임을 알 수 있다.

그래서, 위 예의 18인치 휠(캐비티)의 경우에 본 발명의 파장관은 0.405m의 길이로 제작되어 공명음을 저감시키게 된다.

본 발명의 파장관(110, 120, 130)은 그 효과를 위해 복수 개로 구성될 수 있으며, 도시와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 공명음 상쇄 효과의 극대화를 위해 3개의 파장관(110, 120, 130)이 링크에 의해 연결된 구성을 가진다.

그리고, 파장관은 길이 방향으로는, 휠(20)의 림에 부착시키기 위해 도시와 같이 휠의 곡률에 대응되는 단면상 라운드진 호(弧)의 형상을 갖는다.

또한, 폭 방향으로도 도 4에서 참조되는 바와 같이, 대칭적으로 굴곡 형성되는 것이 충격 보호에 보다 유리하다.

이러한 파장관은 연질이되 큰 강성을 요하므로, 고강성 FELT 또는 PET 섬유를 사용하며, LDPE(Low Density Polyethylene)를 코팅 후 HDPE(High Density Polyethylene)를 코팅하여 제조한다.

코팅에 의해서 공명음 음파의 흡수를 방지하고 역위상의 형성을 용이하게 한다.

나아가 파장관의 두께는 1T~2T, 밀도는 1200~1600g/㎡로 제작되는 것이 바람직하다.

파장관의 두께와 밀도가 위 조건에 미치지 못하면 파장관 강성이 저하되어 떨림 발생으로 고정된 관의 역할을 하지 못하여 소음 개선 효과가 저감된다.

그리고, 위 조건보다 초과하게 되면 강성이 높아 휠에 대한 밀착성이 낮아지며 조립성이 저하된다.

이상과 같은 복수의 파장관은 링크에 의해 서로 연결되고, 도시와 같이 3개의 파장관의 경우 4개의 링크(210, 220, 230, 240)가 구성되게 된다.

각각의 링크는 파장관의 일 측의 양 단에서 연장 형성되고, 림(21)에 대응되도록 대체로 평탄한 것이 바람직하고, 양 측단을 형성하는 링크(210, 240)가 맞닿아 파장관 부재가 전체 림(21)을 감싸는 형태가 된다.

또는, 도 5와 같이 양 측단을 형성하는 링크(210, 240)는 겹쳐져서 초음파 융착되어 결합될 수 있다.

그리고, 이러한 파장관의 휠(20) 상 안착을 위해 도 4와 같이 파장관 부재에는 파장관(110)의 폭 방향 측단으로부터 연장된 사이드 월(111, side wall)이 형성되고, 사이드 월(111)이 휠(20)의 림(21, rim)에 안착되어 장착되게 한다.

도시와 같이 본 발명의 파장관 휠(20)의 림(21)은 폭방향 단면상 험프(hump) 직전까지는 평탄하게 형성됨으로써, 파장관 부재(10)가 파손 없이 결합되고 안정적으로 안착될 수 있게 한다.

또한, 파장관 부재(10)는 휠(20) 상에 접착제(30)를 매개로 부착되게 되고, 나아가, 림(21)의 폭방향의 양단에는 길이방향을 따라 턱(22)이 형성됨으로써, 턱(22)에 의해 파장관 부재(10)가 위치 고정되어 접착이 용이하게 하고, 접착 후 이탈이 되지 않게 한다.

이러한 턱(22)은 파장관(110)의 두께보다는 큰 두께가 바람직하고, 최대 1㎝의 높이로 림(21)으로부터 돌출 형성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 6 및 도 7은 이상에서 설명한 본 발명의 파장관 휠 어셈블리를 적용한 시험 결과이다.

도 6은 RN-전석 외이 공명음을 측정한 것이고, 도 7은 VIP석 외이 공명음을 측정한 결과로서, 특정 차량의 18인치를 기준으로 한 것이다. RN은 Road Noise, 외이는 창가쪽 소음에 해당한다.

X는 공명음 저감을 위한 수단이 적용되지 않은 경우이고, Y는 공명음 D/D(Dynamic Damper)가 적용된 경우이며, Z는 본 발명에 의한 파장관 부재 및 파장관 휠 어셈블리를 적용한 경우에 해당한다.

X의 경우 피크 값은 도 6에서 53.7dB, 도 7에서 58.7dB이고, Y의 경우 도 6에서 피크 값이 52.6dB, 도 7에서 57.7dB로 측정되었으며, Z의 경우 도 6에서 피크 값은 47.4dB로 6.3 낮았으며, 평균값(RMS)은 4.5만큼 낮았다.

그리고, 도 7에서는 피크 값이 51.6dB로 7.1 낮았으며, 평균값은 4.6만큼 낮은 결과를 얻을 수 있었다.

실험 결과와 같이, 높은 공명음 개선 효과가 발휘됨에 따라 공명음 D/D의 삭제가 가능하고, 그럼에도 공명음 D/D에 비해 중량 및 원가를 줄일 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

10 : 파장관 부재
110, 120, 130 : 파장관
111 : 사이드 월
210, 220, 230, 240 : 링크
20 : 휠
21 : 림 22 : 턱
30 : 접착제

Claims (13)

1. 타이어가 장착되는 휠(wheel); 및
   상기 휠의 림(rim)에 안착 결합되고, 상기 림과 상기 타이어 간의 캐비티(cavity)에서 발생되는 음파 중 파장이 상기 캐비티의 원주 길이와 같은 음파의 역 위상을 발생시키는 파장관을 포함한 파장관 부재를 포함하는,
   자동차용 파장관 휠 어셈블리.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 파장관의 일 측단은 개방되어 있고, 타 측단은 닫힌 관 구조인 것을 특징으로 하는,
   자동차용 파장관 휠 어셈블리.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 파장관은 상기 휠에 대응되게 라운드진 호(弧)의 형상을 가지며, 상기 파장관의 길이는 상기 캐비티의 원주 길이의 1/4인 것을 특징으로 하는,
   자동차용 파장관 휠 어셈블리.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 파장관의 폭 방향에 대한 단면 형상은 대칭적으로 라운드진 형상인 것을 특징으로 하는,
   자동차용 파장관 휠 어셈블리.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 파장관은 PET 섬유에 LDPE(Low Density Polyethylene) 및 HDPE(High Density Polyethylene)가 순차적으로 코팅된 것을 특징으로 하는,
   자동차용 파장관 휠 어셈블리.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 파장관의 두께는 1T 이상 2T 이하이며, 밀도는 1200g/㎠ 이상 1600g/㎡ 이하인 것을 특징으로 하는,
   자동차용 파장관 휠 어셈블리.
7. 청구항 3에 있어서,
   상기 파장관은 복수 개로 마련되고, 상기 복수의 파장관을 연결시키는 복수의 링크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   자동차용 파장관 휠 어셈블리.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 파장관 부재는 상기 림에 안착되어 양 측단을 형성하는 링크가 서로 맞닿아 폐곡면을 형성하는 것을 특징으로 하는,
   자동차용 파장관 휠 어셈블리.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 링크는 겹쳐져서 초음파 융착되는 것을 특징으로 하는,
   자동차용 파장관 휠 어셈블리.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 파장관은 3개로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    자동차용 파장관 휠 어셈블리.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 파장관 부재는 상기 파장관의 폭 방향 측단으로부터 연장되어 상기 림에 안착되는 사이드 월이 더 형성된 것을 특징으로 하는,
    자동차용 파장관 휠 어셈블리.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 사이드 월은 접착제에 의해 상기 림에 접착되고, 상기 림에는 상기 사이드 월의 측면을 지지하기 위해 돌출된 턱이 형성된 것을 특징으로 하는,
    자동차용 파장관 휠 어셈블리.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 턱이 돌출된 높이는 상기 파장관의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는,
    자동차용 파장관 휠 어셈블리.

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