[논문]차량 엔진마운팅 시스템 해석 소프트웨어 개발

박운환; 송윤철

doi:10.5050/ksnve.2010.20.4.354

차량 엔진마운팅 시스템 해석 소프트웨어 개발
The Development of Software for Vehicle Engine Mounting System Analysis 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.20 no.4 = no.157, 2010년, pp.348 - 354

박운환 (주식회사 파브코) , 송윤철 (주식회사 파브코)

Abstract ▼ AI-Helper

In the beginning of vehicle development, it is difficult to define the concept of engine mounting system. With only the property of vehicle, we have to find the direction of engine mounting system. And it is important to find common mounts for several engine variation in order to reduce the cost and manage mounts efficiently. This paper introduces the software which has developed for engine mounting system analysis. And its function and usefulness are explained in paper. The examples have correlated between the analysis model and real model to raise the accuracy during development of engine mounting system are shown in paper.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이 논문에서는 엔진마운팅 시스템을 해석하는 전용 소프트웨어를 개발하여 그 기능과 효용성을 설명하고 그것을 이용하여 엔진마운팅 시스템을 설계하는 절차와 방법을 설명하기로 한다. 또한 실제 개발 프로젝트와 기술용역을 수행하면서 해석 모델의 신뢰성을 높이기 위한 코릴레이션 된 사례들도 보여준다.
이 연구에서는 개발된 엔진마운팅 시스템 해석 전용 소프트웨어 EMSA의 효용성을 설명하였으며, 이것을 이용하여 엔진마운팅 시스템 해석의 방법과 절차를 설명하였다. EMSA는 시스템 해석자가 구조를 디자인하고 개발하였으므로 시스템 해석을 효율적으로 진행할 수 있게 하였으며 비전문가도 쉽게 사용할 수 있도록 하였다.
이 모듈은 여러 가지 마운트의 형상을 가진 마운팅 시스템들이 진동 모드 목표치를 만족할 수 있는지 빠른 시간 내 확인 할 수 있으며 형상과 강성을 결정하는데 효과적이다. 이렇게 형상과 강성이 결정 되면, 앞에서 Z-방향이 같은 강성으로 분류가 된 차종들에도 결정된 형상과 강성을 입력하여 진동 모드 목표치를 만족하는지 확인한다. 우선 강성이 만족하는지 확인을 하고 만족하지 못하면 형상을 고정하여 강성을 변경하는 Iteration 모듈을 계산한다.
EMSA는 현재 양산 차량 개발 프로젝트 및 기술 용역에서 사용되고 있다. 프로젝트를 수행하면서 EMSA 모델과 실차모델에 대해 코릴레이션을 한 사례들을 소개하기로 한다.

제안 방법

EMSA는 시스템 해석자가 구조를 디자인하고 개발하였으므로 시스템 해석을 효율적으로 진행할 수 있게 하였으며 비전문가도 쉽게 사용할 수 있도록 하였다. Matlab 기반의 함수 기능을 많이 사용하였으므로 소프트웨어의 신뢰도가 높으며 상용 소프트웨어와 비교하여 정확도 또한 확인하였다. 소프트웨어의 신뢰도를 보여주기 위하여 실차 시험의 데이터와 해석 모델에 대한 코릴레이션 사례도 보여 주었다.
이와 같이 엔진마운팅 시스템 해석을 진행할 때 공용 마운트를 찾는데 많은 노력을 기울인다. RH 마운트와 LH 마운트 Z-방향 강성이 다른 부류에서도 롤 마운트 공용으로 사용할 수 없는지 Iteration 모듈을 이용하여 확인을 한다. 공용 마운트를 분류하는 순서를 나타내면 Fig.
5는 엔진마운팅 시스템 해석의 절차와 항목이다. 간단히 설명하면, 해석은 정해석, 동해석 그리고 준정적해석을 통하여 엔진마운팅 시스템 해석을 진행한다. 정해석은 기본적인 차량 중량과 마운트 위치에 의해 분담하중을 계산하고 파워트레인의 관성값과 구동축에 의한 Torque Roll Axis^(6,7) 축을 계산한다.
동해석은 파워트레인과 마운트 모델에 의한 6자유도 강체 모드 계산과 파워트레인, 차량 바디 그리고 서스펜션 휠 상하 방향 모델에 대한 16자유도 강체 모드 계산을 한다. 그리고 아이들 시 엔진가진력과 로드에서 가진되는 가진력에 의한 차량 진동을 시뮬레이션 한다. 또한 엔진 가진력에 의한 시간 응답 시뮬레이션을 한다.
9는 하이드롤릭 마운트에 관련된 엔진쉐이크 시뮬레이션 결과이다. 도로에 의한 노면 가진의 대변위 조건으로 시뮬레이션⁽⁸⁾을 진행하여 엔진쉐이크 목표치를 만족하는지 검토한다. 하이드롤릭 마운트 사용여부와 위치는 엔진쉐이크 시뮬레이션으로 결정한다.
Z-방향에 대한 X와 Y-방향 형상 강성비를 입력한 후, Z-방향의 강성을 입력하게 되면 자동적으로 X와 Y의 강성을 알 수 있다. 따라서 Z-방향 강성을 범위 안에서 점차적으로 증가시켜 나가면서 진동 모드와 주파수를 계산한다. Fig.
그리고 아이들 시 엔진가진력과 로드에서 가진되는 가진력에 의한 차량 진동을 시뮬레이션 한다. 또한 엔진 가진력에 의한 시간 응답 시뮬레이션을 한다.
기준 처짐량을 크게 하면 크맆이나 내구에 좋지 않고 작게 하면 강성이 높아져서 진동 절연에 불리하다. 분담하중에 의한 마운트 처짐량을 계산하여 마운트 Z-방향에 대하여 비슷한 정강성으로 몇 개의 부류로 분류한 후, 각 부류에서 주요 차종을 한 개씩 선정한다. 주요 차종을 선택하여 우선적으로 진동 모드 목표치를 만족하는 강성을 찾는다.
시간 응답 시뮬레이션은 토크 프로파일을 파워트레인에 가하여 롤 프런트나 롤리어의 초기 진동 크기와 감쇠를 보면서 마운트 강성들을 조정한다. 이 시뮬레이션은 Key On/Off 해석이나 tip-In/Out 해석을 진행할 때 사용한다.
이렇게 형상과 강성이 결정 되면, 앞에서 Z-방향이 같은 강성으로 분류가 된 차종들에도 결정된 형상과 강성을 입력하여 진동 모드 목표치를 만족하는지 확인한다. 우선 강성이 만족하는지 확인을 하고 만족하지 못하면 형상을 고정하여 강성을 변경하는 Iteration 모듈을 계산한다. 그렇게 하여도 만족하는 강성이 없다면 형상과 강성을 변경하는 Iteration 모듈을 실행한다.
간단히 설명하면, 해석은 정해석, 동해석 그리고 준정적해석을 통하여 엔진마운팅 시스템 해석을 진행한다. 정해석은 기본적인 차량 중량과 마운트 위치에 의해 분담하중을 계산하고 파워트레인의 관성값과 구동축에 의한 Torque Roll Axis^(6,7) 축을 계산한다. 동해석은 파워트레인과 마운트 모델에 의한 6자유도 강체 모드 계산과 파워트레인, 차량 바디 그리고 서스펜션 휠 상하 방향 모델에 대한 16자유도 강체 모드 계산을 한다.
동해석이 끝이 나면 준정적 해석을 통하여 선형구간 및 스토퍼를 설계한다. 준정적 해석은 여러 가지 운전조건에 의한 힘을 파워트레인에 가하였을 때 파워트레인의 거동이나 각 마운트 별 부하 및 움직인 변위를 이용하여 마운트 하중-변형량 곡선을 제안한다. 식 (1)은 각 마운트에 부하를 파워트레인의 무게중심에서 부하로 변환하는 식이다.
Table 1은 B사 C차종의 디퍼런셜 기어 박스의 진동을 줄이기 위한 기술용역 프로젝트를 수행할 때 측정한 결과이다. 코릴레이션으로 해석 모델의 신뢰성을 높인 후 시스템 해석을 통하여 최적의 강성 값을 찾았다. 16자유도 모델에서 파워트레인을 디퍼런셜 기어박스로 모델링하여 사용하였다.

대상 데이터

코릴레이션으로 해석 모델의 신뢰성을 높인 후 시스템 해석을 통하여 최적의 강성 값을 찾았다. 16자유도 모델에서 파워트레인을 디퍼런셜 기어박스로 모델링하여 사용하였다. 진동 모드를 계산한 값은 실측한 값과 2~7 % 정도의 오차를 보이고 있지만 진동의 특성을 표현하기에는 충분하다.
엔진마운팅 시스템 해석에는 많은 파워트레인 종류와 해석 종류로 인하여 간단한 모델을 이용하여 빠른 시간 내에 효율적으로 엔진마운팅 시스템을 설계하는 것이 중요하다. EMSA의 모델은 Fig. 1에서 보는 바와 같이 파워트레인 6자유도, 차량바디 6자유도, 타이어 휠 상하방향 4자유도로 총 16 자유도 모델이며 엔진마운트 각 방향별로 하이드롤릭 마운트 모델을 추가할 수 있다. 하이드롤릭 마운트 모델은 Fig.

이론/모형

식 (1)은 각 마운트에 부하를 파워트레인의 무게중심에서 부하로 변환하는 식이다. 부하 조건을 파워트레인에 가하였을 때 마운트에 걸리는 부하와 움직이는 변위는 최적화 기법을 이용하여 계산을 한다. 이 모듈에서는 여러 가지 부하 조건을 한 번에 계산하여 엑셀 파일로 내보낼 수 있으며 Fig.

성능/효과

최적화 기법을 이용하여 엔진마운트 강성을 자동적으로 찾는 기능은 한 개 파워트레인 시스템의 마운트 강성을 찾을 때는 효과적이나 공용 마운트를 찾을 때는 효용성이 높지 않았다. 그리고 자동적으로 찾은 마운트의 형상이 제작할 수 없는 형상인 경우가 많다.

후속연구

추가적으로 수행되어야 할 연구는 엔진마운팅 시스템에 영향을 주는 모델을 추가하여 정도를 높이는 방법과 기능을 향상시켜서 효율을 극대화하는 방법이다. 현재 서브프레임과 프로펠러 샤프트를 추가하는 방법에 대해 연구 중에 있으며 많은 파워트레인 종류에 맞는 공용 마운트를 한 번의 시뮬레이션으로 결정할 수 있도록 하는 기능을 추가할 예정이다.
추가적으로 수행되어야 할 연구는 엔진마운팅 시스템에 영향을 주는 모델을 추가하여 정도를 높이는 방법과 기능을 향상시켜서 효율을 극대화하는 방법이다. 현재 서브프레임과 프로펠러 샤프트를 추가하는 방법에 대해 연구 중에 있으며 많은 파워트레인 종류에 맞는 공용 마운트를 한 번의 시뮬레이션으로 결정할 수 있도록 하는 기능을 추가할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	EMSA란?	EMSA(Engine Mount System Analysis, 이하 EMSA)는 차량 시스템 모델로 구성되어진 엔진마운팅 시스템 해석 전용 소프트웨어로서 현재까지 그 기능들이 계속적으로 추가되어 오고 있다. 또한 많은 엔진마운트 개발 프로젝트와 기술용역에 사용하면서 그 효용성을 증명해왔다.
	엔진마운팅 시스템 해석에는 무엇이 중요한가?	엔진마운팅 시스템 해석에는 많은 파워트레인 종류와 해석 종류로 인하여 간단한 모델을 이용하여 빠른 시간 내에 효율적으로 엔진마운팅 시스템을 설계하는 것이 중요하다. EMSA의 모델은 Fig.
	EMSA는 어디에 사용되어 왔는가?	EMSA(Engine Mount System Analysis, 이하 EMSA)는 차량 시스템 모델로 구성되어진 엔진마운팅 시스템 해석 전용 소프트웨어로서 현재까지 그 기능들이 계속적으로 추가되어 오고 있다. 또한 많은 엔진마운트 개발 프로젝트와 기술용역에 사용하면서 그 효용성을 증명해왔다.

참고문헌 (8)

Won, K. M., Yoon, H. W., Kang, K. T., Yun, W. S. and Joo, S. J., 2002, "Development of Engine Mount Analysis Software," Proceedings of the KSNVE Annual Conference, pp. 700-704.
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Lee, S. B., Park, D. W., Yim, H. J., 2002, "A Computer Simulation Method for Dynamic Analysis of Hydraulic Engine Mount System A Computer Simulation Method for Dynamic Analysis of Hydraulic Engine Mount System," The Journal of the Acoustical Society of Korea, Vol. 21, No. 1, pp. 42-48.
Bae, M. S., Lee J. H. and Kim, K. J., 2003, "A Study on Shortcomings of Mechanical Model with Lumped Mass for Dynamic Characterization of Hydraulic Mounts and Confirmation of Hydraulic Model by Improvement of Experimentations," Transactions of the Korean society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 13, No. 5, pp. 393-399.

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Williams, J. H., 1995, "Fundamentals of Applied Dynamics," John Wiley & Sons Inc. 1995.
Won, K. M., Yoon, H. W., Bang J. H. and Kang, K. T., 2000, "Vibration Theory to Design Engine Mount System of Powertrain," Proceedings of the KSNVE Annual Spring Conference, pp. 1907-1911.
Lee, J. Y., 1996, "Experimental Study of Engine Mount Optimization to Improve NVH Quality," Proceedings of the KSNVE Annual Conference, pp. 330-337.
Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-naeini, 1994, "Feedback Control of Dynamic System," Third Edition, Addison Wesley Publishing Company.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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