[논문]전동식 파워스티어링 모터소음 저감을 위한 실험적 연구

유충준

전동식 파워스티어링 모터소음 저감을 위한 실험적 연구
An Experimental Study on Motor Noise Reduction of Electric Power Steering 원문보기

EPS(Electric Power Steering) system, which has replaced the hydraulic steering system(HPS or HPAS) in many passenger cars recently, have many merits such as low energy consumption, easy mounting, light weight and improvement of environmental pollution. However, EPS system has the problem of motor noise when motor is rotated, which can make a driver feel uncomfortable. There are many techniques to solve those problems, but they are not clear. It is necessary to evaluate the mechanical noise in steering systems, because an EPS has vibration sources such as at the motor gear reducer, manual gears and intermediate joints. In this paper, reduction technique of EPS motor noise is introduced.

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문제 정의

첫째는 모터 단품의 소음 레벨 저감이고 둘째는 시스템의 강성을 향상시키는 즉, 모터 의 소음 전달 경로에 대한 강성을 개선하는 것이다. 모터 자체적인 소음개선으로는 모터 사이즈 및 모터 지지 구조 변경으로 가능하고, 따라서 투자비 및 개발기간이 과대한 한계성이 있기 때문에 본 논문에서는 주로 모터의 소음 전달 경로 강성 개선에 대하여 논하고자 한다.
본 연구에서는 이러한 전동식 파워 스티어링 시스템 의 소음 중에 특히 조타 시 운전자가 쉽게 감성적으로 느낄 수 있는 고주파 소음인 모터소음 현상에 대하여 저감할 수 있는 방법으로서 모터 단품에 의한 개선, 제어로직에 의한 개선 및 시스템 강성향상에 의한 개선방법이 있는데, 각 방법에 대하여 실험을 통하여 개선효과를 고찰하고자 한다.
본 연구에서는 전동식 파워 스티어링 모터에서 발생하는 소음을 감소시키는 개선을 하기 위해 모터 단품 개선, 제어로직의 개선 및 하우징의 강성 보강 등 세 가지 방법으로 접근하여 모터에서 발생하는 노이즈 감소 개선 정도를 확인하였다. 각 시스템의 상태에 따라 소음 저감량이 달라질 수 있음을 확인하였으며, 측정 결과로부터 개선방법의 가이드를 제안 할 수 있었다.

제안 방법

O-ring 적용 후 모터노이즈 계즉결과 3 ~ 4 dBA의 소음 저감 개선 효과가 있으나 내구 등의 충분한 검증이 필요하며 양산대웅 기간을 고려하여 Fig. 4에서와 같이 양단 베어링 지지 방식만 채택하였다.
강성 보강 위치는 그림과 같이 모터 조립부 치수증대(1), 지지면적 증대(2), 각 부분 리브(3, 4, 5)를추가 하였다. Fig.
레벨을 규정하여야 한다. 운전석에서의 실차모터 소음레벨과 단품 상태에서의 소음레벨을 일치시키기 위하여 실차에서의 소음 문제품과 양품을 탈거하여 단품 계측을 하였다. 모터회전수는 인풋 샤프트 회전수에 웜휠과 웜샤프트의 기어비와 18차 주파수 성분을 고려하여 계산한다° 기어비가 20.
3은 주파수대별 전동식 파워 스티어링 단품의 양품과 문제품의 소음 레벨을 측정한 결과이며, 630 Hz 대역에서 모터 소음의 차가 큰 것을 보여주고 있다. 이때 전동식 파워스티어링의 측정위치에 따라 소음의 크기가 달라지기 때문에 모터하우징 상단에 가속도계를 장착하여 소음 크기를 측정하였다.

성능/효과

하였다. Fig. 8과 같은 메인하우징 보강 후 단품 측정 결과 Fig. 9와 같이 500 ~ 750 Hz 영역에서 단품 기준으로 기존 대비 5 dBA의 비교적 큰 소음저감 개선 효과를 볼 수 있었다. 이와 같이 상기 여러 가 지 강성 보강의 시험 결과를 통하여 모터 소음전달 경로를 보강함으로써 각 부분의 강성 보강 효과에 대한 결과를 얻을 수 있었다.
노이즈 감소 개선 정도를 확인하였다. 각 시스템의 상태에 따라 소음 저감량이 달라질 수 있음을 확인하였으며, 측정 결과로부터 개선방법의 가이드를 제안 할 수 있었다.
2는 현재 전동식 파워스티어링이 적용되고 있는 양산 차종의 실차 운전석의 소음을 계측한 것으로 C < A < D < B 차종 순으로 소음 레벨이 크고, 실제로 운전자가 느낄 수 있는 소음 불만 수준과 비례한다. 실차에서 운전자가 느낄 수 있는 소음을 측정한 결과는 차량의 특성에 따라 달라 질 수 있으나, 차량 실측 결과 운전석 소음 기준으로 모터 소음레벨이 주파수 대역별로 48 dBA 이상이 되면 문제 수준으로 차량 B, D 차종에 소음 문제가 있다. 또한 스티어링 경로를 따라 소음이 증폭되어 모터 자체의 소음보다 커지게 되는데 실질적으로 전달 경로의 강성을 얼마만큼 적절하게 결정하느냐에 따라 모터 소음 저감 효과를 크게 얻을 수 도 있게 된다.
9와 같이 500 ~ 750 Hz 영역에서 단품 기준으로 기존 대비 5 dBA의 비교적 큰 소음저감 개선 효과를 볼 수 있었다. 이와 같이 상기 여러 가 지 강성 보강의 시험 결과를 통하여 모터 소음전달 경로를 보강함으로써 각 부분의 강성 보강 효과에 대한 결과를 얻을 수 있었다.
7은 모터 케이스 강성 보강을 한 것으로 그림과 같이 모터 케이스 부 리브를 추가 하였다. 추가 후 단품 소음 측정 결과 0.5 dBA의 적은 모터 소음 저감 개선 효과를 얻을 수 있었지만 강성보강에 대한방향을 정할 수 있었다.

후속연구

메인하우징의 강성 보강 결과로부터 전동식 파워스티어링을 장착하고 있는 카울 크로스 멤버의 강성 보강 효과는 모터에서 발생하는 소음 저감 개선에 큰 효과를 얻을 수 있을 것으로 추정되며 향후보다 보완적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
지금까지 제안한 방법 이외에 차체의 카울 크로스 멤버 강성 보강에 의한 효과를 제안할 수 있으나, 본 연구에서는 양산차를 대상으로 시험했기 때문에 변경 범위에 한계가 있어 시험을 행하지는 못하였다.

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