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문제 정의
- 본 연구에서는 이러한 추세를 고려하여 차량의 공회 전 진동현상에 영향을 줄 수 있는 등속조인트의 기구학적인 운동특성 및 정적 토크작용 시 구동축의 진동특성을 고찰해보고, 대표적인 등속조인트방식 인 DOJ, TJ, SFJ(shudderless free ring joint)를 직접 차량에 적용시켰을 때의 공회전 진동특성을 비교 . 검토하였다.
제안 방법
- 1) 등속조인트의 장착각도(꺽 임각)와 스파이더 회전각도에 따라서 트라이포드의 중심과 튜립 중심축 간의 오프셋이 존재하며, 이로 인하여 트라이포드의 중심이동에 따른 작용력이 y축 방향 (차량 좌우방향)으로 크게 작용함을 유추하고, 이 를 실차시험 에서 도 확인하였다.
- 따라서 구동축을 Photo. 2와 같이 전용시험기(MTS 제품)에 장착시키고, 각 방식의 등속조인트에 정적토크(300N · m)를 가하면서 구동바퀴 쪽의 등속조인트(BJ)는 고정시켜서 구동축이 회전하지 않도록 하였다. 이러한 시 험조건은 엔진가동에 따른 진동전달과 토크 변동(torque fluctuation) 등이 구동축에 작용하지 않기 때문에 실제 차량의 공회전 조건과는 차이가 있겠지만, 토크작용 시의 구동축 특성변화를 파악하기 위해서 단축과 장축의 각 구동축별로 자유지지조건과 동일한 가진위치(Photo.
- 각 둥속조인트 방식 에 따른 차량의 공회전 진동 현상을 파악하기 위해서 동력기관의 출력 부위(차동기어 하단위치), 구동축 및 좌우 구동바퀴의 너클 (knuckle)부위에서 진동특성을 측정하였다. 여기서 너클 부위는 구동축과 구동바퀴를 체결시키고 현가장치와 연결되는 주요 섀시(chassis) 구조물이므로, 이 곳의 진동특성이 구동축의 진동전달 특성 파악뿐만 아니라, 차량의 공회전 진동현상에도 민감한 영향을 끼 친다고 볼 수 있다.
- 각 등속조인트 방식이 적용된 구동축을 동일한 시험차량에 장착시킨 후, 운전석 귀 위치에 마이크로폰(B&K4189, 26기제품)을위치시켜 차량 공회전정지조건에서 구동축의 토크작용 유무에 따른 실내소음의 변화를 비교하였다. 실차시험에 사용된 분석 장비는 LMS CADA-X(v.
- 각 등속조인트가 적용된 구동축을 자유 지지조건(free-free condition) 에서 충격해 머 (impact hammer)를 이용한 가진시험을 실시하였다. 단축과 장축별로 각 구동축의 동일한 위치를 가진하여 측정되는 응답을 0~ 1,000Hz 진동수 범위에서 가속도계로 측정한 주파수 응답함수(frequency response function)를 Fig.
- 각 등속조인트가 적용된 구동축을 자유 지지조건(free-free condition) 에서 충격해 머 (impact hammer)를 이용한 가진시험을 실시하였다. 단축과 장축별로 각 구동축의 동일한 위치를 가진하여 측정되는 응답을 0~ 1,000Hz 진동수 범위에서 가속도계로 측정한 주파수 응답함수(frequency response function)를 Fig. 5와 같이 비교하였다. 각 둥속조인트 방식의 중량 차이로 인하여 TJ 방식의 구동축이 다른 방식보다 고유 진동수가 약 20 Hz 정도 높은 경향을 가지게 된다.
- 등속조인트 방식 에 따른 전륜구동차량의 공회 전진 동특성을 파악하기 위하여 등속조인트의 운동 특성, 단품 진동특성 및 실차시 험을 통해서 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 5 dB(A) 내외의 증가현상9) 확인되었으나, 등속조인트 방식에 따른 실내소음의 차이는 거의 없는 것으로 파악되었다. 따라서 등속조인트 방식 에 따른 영향은 차량의 진동특성을 중심으로 진행하였다.
- 2와 같이 전용시험기(MTS 제품)에 장착시키고, 각 방식의 등속조인트에 정적토크(300N · m)를 가하면서 구동바퀴 쪽의 등속조인트(BJ)는 고정시켜서 구동축이 회전하지 않도록 하였다. 이러한 시 험조건은 엔진가동에 따른 진동전달과 토크 변동(torque fluctuation) 등이 구동축에 작용하지 않기 때문에 실제 차량의 공회전 조건과는 차이가 있겠지만, 토크작용 시의 구동축 특성변화를 파악하기 위해서 단축과 장축의 각 구동축별로 자유지지조건과 동일한 가진위치(Photo. 2의 화살표)와 측정조건으로 충격해머를 이용한 가진시험을 실시하였다.
대상 데이터
- 각 등속조인트 방식 에 따른 차량의 공회전 진동 특성을 파악하기 위해서는 먼저 단품상태의 구동축과 등속조인트에 대한 고유 진동특성을 파악해야 한다 본 연구에서 고려한 차종은 가솔린 4기통 엔진과 자동변속기를 장착한 국내 준중형 차량으로 DOJ, TJ, SFJ의 세 가지 방식을 가진 구동축을 선정하였다. 이 중에서 SFJ는셔더진동을 개선시키기 위해서 TJ 방식의 내부 부품인 롤러 에 Photo.
성능/효과
- 2) 구동축에 정적토크를 가했을 때에는 자유 지지 조건의 진동특성과는 달리 50Hz 내외의 낮은 고유 진동수가 새롭게 발생하는 것을 확인하였으며, 각 등속조인트 방식에 따른 중량차이가 동력기관 출력부위의 진동특성에 영향을 주고 있음을 확인하였다.
- 3) 실차시험에서 둥속조인트 방식에 따른 차량의 공회전 진동특성은 TJ, SFJ, DOJ의 순서로 양호한 특성을 나타냄을 확인하였다. 특히, TJ나 SFJ 방식의 등속조인트가 적용된 구동축의 경우에는 공회전 진동특성과 연관되는 PF(plunging force)에 대한 깊이 있는 이해가 필요하고, 이를 위하여 스파이 더 회 전각도에 따른 PF의 변화 및 실차적용 시의 변화현상에 대한 추가 연구가 필요하다고 판단된다.
- 구동축의 자유지 지조건과정적 토크가 작용했을 때의 진동특성을 비교(Fig. 6)해보면, 토크 작용으로 말미암아 단축과 장축의 구동축 모두 5Hz 내외에서 낮은 고유 진동수가 새 롭게 발생하며, 기존의 고유 진동특성에 있어서도 진동수의 증감현상이 존재함을 알 수 있다. 이는 구동축의 토크작용에 의해서 스파이더의 롤러와 튜립 간의 접촉력이 증대된 원인으로 파악된다.
- SFJ방식은 30~ 120Hz 내외의 진동수 구간을 제외한 영역에서 DOJ에 비해 양호한 진동 저감효과를 가지지만, TJ 방식에 비해서 120~180Hz 영역에서 진동레벨이 다소 높은 구간이 부분적으로 존재하므로 공회전 진동특성에서 다소 불리할 수 있다고 예상된다. 또한 SFJ 방식은 TJ 방식에서 발생하는 마찰력 중에서 sliding 현상으로 인하여 야기되는 마찰력을 현저하게 감소시켜서 셔더 진동 특성이 월등히 개선된 것과는 달리, 공회전 진동특성이 TJ 방식보다 우월하지 못한 것으로 보아 SFJ 방식의 설계변경 내용이 skidding 방향으로의 마찰력 저감에는 크게 기여하지 못하는 것으로 유추할 수 있다.
- 9 dB(A)의 수준으로 실내소음의 변화가 거의 없음을 확인할 수 있었다. 또한, 선택 기어가 D위치에서는 전반적으로 0.5 dB(A) 내외의 증가현상9) 확인되었으나, 등속조인트 방식에 따른 실내소음의 차이는 거의 없는 것으로 파악되었다. 따라서 등속조인트 방식 에 따른 영향은 차량의 진동특성을 중심으로 진행하였다.
- 각 둥속조인트 방식의 중량 차이로 인하여 TJ 방식의 구동축이 다른 방식보다 고유 진동수가 약 20 Hz 정도 높은 경향을 가지게 된다. 이러한 등속조인트 방식에 따른 구동축 간의 진동수 차이는 실제 차량에 구동축이 장착되었을 때 동력기관 출력(차동기어)부위의 진동 특성에도 영향을 끼치고 있음을 실차시험에서 확인하였다.
- 0)이다. 자동변속기의 선택기어가 중립상태인 N 위치에서는 46.5~ 46.9 dB(A)의 수준으로 실내소음의 변화가 거의 없음을 확인할 수 있었다. 또한, 선택 기어가 D위치에서는 전반적으로 0.
후속연구
- 큰 영향을 줄 수 있다.5,6) 하지만, 본 연구에서는 다양한 등속조인트 간의 비교를 위해서 양산 사양으로 제작된 구동축을 채 택하였고, 스파이 더 의회전각도에 대한 영향은 단품실험 및 실차시험에 포함되지는 않았다 비록 본 연구에서 실험적인 검증이 이루어지지는 못했지만, 스파이더의 회전각도에 따른 공회전 진동특성과 PF 간의 연관성 파악을 위해서는 스파이더의 회전각도 차이에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.
- 특성을 나타냄을 확인하였다. 특히, TJ나 SFJ 방식의 등속조인트가 적용된 구동축의 경우에는 공회전 진동특성과 연관되는 PF(plunging force)에 대한 깊이 있는 이해가 필요하고, 이를 위하여 스파이 더 회 전각도에 따른 PF의 변화 및 실차적용 시의 변화현상에 대한 추가 연구가 필요하다고 판단된다.
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