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문제 정의
- 이러한 선행연구에 의해 엔 진기 진력에 의한 마운트 전달력을 최소화하고 파워트레인의 유동량을 최소화할 수 있으나 더욱 최적화된 시스템을 구축하기 위해서 최적설계가 요구된다. 본 연구에서는 파워트레인 마운팅 시스템의 최적 설계를 위하여 선행연구의 결과를 바탕으로 초기설계변수의 특성을 결정하였다. 이렇게 결정한 초기설계변수를 MSCNastran의 최적설계 모듈$을 이용하여 파워트레인 마운팅 시스템을 최적화하였다.
- 있다. 본 연구에서는 파워트레인 마운팅 시스템의 최적설계를 위한 목적함수로 파워트레인의 변위를 최소화하는 것으로 하였다. 각 축의 병진 변위와 회전 변위에 대하여 다음과 같은 목적함수를 정의하였다.
제안 방법
- 전달력을 해석하였다. 그리고 파워트레인 마운팅 시스템의 설계인자인 마운트의 장착각도와 장착 위치를 고려하여 파워트레인 마운팅 시스템의 동적 해석을 수행하였다. 이러한 선행연구에 의해 엔 진기 진력에 의한 마운트 전달력을 최소화하고 파워트레인의 유동량을 최소화할 수 있으나 더욱 최적화된 시스템을 구축하기 위해서 최적설계가 요구된다.
- 그리하여 4개의 마운트에 대하여 冨, 必 Z축 방향의 3가지 동스프링상수를 채택하여 총 12개의 설계변수를 선정하였다.
- 선행연구의 결과를 바탕으로 목적함수, 초기설계 변수를 선정 하였다. 목적 함수는 파워 트레 인의 변위 최소화이며, 가중치의 적용 조건에 따라 3가지의 최적설계를 수행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 수행하였다. 목적함수에 적용한 가중치의 조건에 따라 3가지 경우에 대하여 최적 설계를 수행하였다.
- 선행연구「4)에서 자동차의 진동소음원으로 작용하는 엔진 기진력을 해석하였으며, 또한 마운트의 비선형 특성을 적용한 파워트레인 마운팅 시스템의 마운트 전달력을 해석하였다. 그리고 파워트레인 마운팅 시스템의 설계인자인 마운트의 장착각도와 장착 위치를 고려하여 파워트레인 마운팅 시스템의 동적 해석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 파워트레인 마운팅 시스템의 최적 설계를 위하여 선행연구의 결과를 바탕으로 초기설계변수의 특성을 결정하였다. 이렇게 결정한 초기설계변수를 MSCNastran의 최적설계 모듈$을 이용하여 파워트레인 마운팅 시스템을 최적화하였다.
- 는 바운스 변위이다. 자동차 승차감 면에서 바운스 모드와 롤 모드가 영향을 많이 미치므로 목적함수에 대한 구속조건으로 바운스 변위를 적용하였다. 이는 선행연구에서의 결과를 검토하여 변위에 대한 상한 값과 하한 값을 적용한 것이다.
- 정의한 목적함수, 설계변수 및 구속조건에 의해 최적 설계를 수행하였다. 목적함수에 적용한 가중치의 조건에 따라 3가지 경우에 대하여 최적 설계를 수행하였다.
- 파워트레인 마운팅 시스템의 최적설계를 수행하기 위해 MSGNastran의 최적설계 모듈을 이용하였다. 선행연구의 결과를 바탕으로 목적함수, 초기설계 변수를 선정 하였다.
대상 데이터
- 최적설계를 위한 모델은 Fig. 1과 같이 선행연구에서 수행한 모델과 동일한 4점 지지 방식의 모델© 을 선정하였다. 다만 선행연구에서 엔진마운트와 트랜스미션 마운트에 적용한 유체봉입형 마운트 대신에 동스프링상수만을 적용한 고무마운트에 대하여 최적 설계를 수행하였다.
성능/효과
- 1) 초기 설계변수와 최적설계 후의 운동에너지 분포에서 약간의 차이를 보였으나 모드비연성화가적절히 이루어졌음을 알 수 있다.
- 2) 병진변위와 회전변위를 적절히 검토한 파워트레인 변위 최소화에 대한 목적함수의 선정이 필요함을 알 수 있다.
- 3) 모드연성률, 마운트 전달력 등의 해석 결과를 검토하여 볼 때 3가지 가중치 조건에 의한 최적 설계에서 모두 최적화됨을 확인할 수 있다.
- 45 %의 감소의 효과를 보였다. 그리고 15 Hz 대역에서는 최적설계의 조건에 따라 Original 9.62 kN에서 8.67 kN, 8.82 kN 및 8.97 kN으로 각각 약 9.88 %, 8.32 % 및 6.76 %의 감소의 효과를 보였다. 프런트 롤 마운트는 10 Hz 대역에서 Original의 경우 5.
- 트랜스미션 마운트에서의 마운트 전달력의 감소 효과가 다른 마운트 보다 작게 나타났다. 그리고 각 가중치 조건에 따른 최적설계의 효과를 보면 트랜스미션 마운트에서는 Optimum 1이 가장 좋은 효과를 나타냈으나 다른 마운트에서는 Optimum 3이 가장 좋은 효과를 나타내었다. 병진변위 보다 회전 변위를 최소화하고자 하는 Optimum 1이 회전변위 보다 병진변위를 최소화하고자 하는 Optimum 2 보다 더 좋은 마운트 전달력의 감소 효과를 보였다.
- 07 kN으로 감소하였다. 마운트 전달력이 가중치 조건에 따라 각각 약 48.98 %, 41.27 %, 및 57.03 %의 감소 효과를 보였다. 트랜스미션 마운트의 경우는 10 Hz 대역에서 가중치에 대한 조건에 따라 Original 6.
- 그리고 Optimum 3이 가장 좋은 마운트 전달력의 감소 효과를 보이는 것을 검토하여 볼 때 병진 변위와 회전변위를 적절히 검토한 파워트레인 변위 최소화에 대한 목적함수의 선정이 필요함을 알 수 있다. 모드해석과 모드연성률 그리고 마운트 전달력 등 해석 결과를 검토하여 볼 때 초기 설계변수에 의해 재현된 파워트레인 마운팅 시스템이 3 가지 가중치 조건에 의한 최적설계에서 모두 최적화됨을 확인할 수 있다. 병진변위와 회전변위를 적절히 고려하여 목적함수를 선정하면 더욱 향상된 파워트레인 마운팅 시스템에 대한 최적설계가 달성될 것으로 생각된다.
- 04 %의 감소의 효과를 보였다. 반면 12 Hz 대역는 최적설계의 조건에 따라 Original 16.80 kN에서 10.37 kN, 11.87 kN 및 8.80 kN으로 각각 약 38.27 %, 29.35 % 및 47.62 % 의 감소의 효과를 보였다. 리어 롤 마운트의 경우 10 Hz 대역에서는 Optimum 1, 12 Hz 대역에서는 Optimum 3이 가장 좋은 효과를 나타내었다.
- 35 % 의 감소의 효과를 보였다. 반면 12 Hz 대역에서는 최적 설계의 조건에 따라 Original 18.30 kN에서 15.15 kN, 17.38 kN 및 12.80 kN으로 각각 약 17.21 %, 5.03 % 및 30.35 %의 감소의 효과를 보였다. 리어 롤 마운트는 10 Hz 대역에서 Original의 경우 7.
- 그리고 각 가중치 조건에 따른 최적설계의 효과를 보면 트랜스미션 마운트에서는 Optimum 1이 가장 좋은 효과를 나타냈으나 다른 마운트에서는 Optimum 3이 가장 좋은 효과를 나타내었다. 병진변위 보다 회전 변위를 최소화하고자 하는 Optimum 1이 회전변위 보다 병진변위를 최소화하고자 하는 Optimum 2 보다 더 좋은 마운트 전달력의 감소 효과를 보였다. 이는 4점 지지 방식의 파워트레인에서 회전 변위에 의한 마운트 전달력이 병진변위에 의한 것보다 더 큰 것을 의미한다고 생각된다.
- 9는 리어 롤 마운트에서의 마운트 전달력을 나타낸 것이다. 엔진마운트의 12 Hz 대역에서 마운트 전달력을 검토하여 보면 Osiginal의 경우 11.8 kN, Optimum 1의 경우 6.02 kN, Optimum 2의 경우 6.93 kN 및 Optimum 3의 경우 5.07 kN으로 감소하였다. 마운트 전달력이 가중치 조건에 따라 각각 약 48.
- 조건에 의한 결과와 최적 설계를 수행한 3가지 결과에 대한 모드 연성률을 나타낸 것이다. 이 결과와 Table 2를 통해 초기 조건과 3가지 가중치 조건에 의한 경우 모두 각 주파수별로 탁월한 파워트레인 거동을 확인할 수 있어 모드 비연성화가 잘 이루어졌음을 확인할 수 있다.
- Table 2는 초기 설계변수와 Optimum 1, 2, 3에 대한 고유진동수와 운동에너지 기여도7), 8)를 나타낸 것이다. 초기 설계변수에 의한 결과와 3가지 가중치의 조건에 의해 수행한 최적설계 후의 결과가 운동에너지 분포에서 약간의 차이를 나타내었지만 비교적 큰 차이 없이 비슷한 경향을 보였다.
후속연구
- 4) 병진변위와 회전변위를 적절히 고려하여 목적함수를 선정하여야 더욱 향상된 최적설계가 달성될 것으로 생각된다.
- 모드해석과 모드연성률 그리고 마운트 전달력 등 해석 결과를 검토하여 볼 때 초기 설계변수에 의해 재현된 파워트레인 마운팅 시스템이 3 가지 가중치 조건에 의한 최적설계에서 모두 최적화됨을 확인할 수 있다. 병진변위와 회전변위를 적절히 고려하여 목적함수를 선정하면 더욱 향상된 파워트레인 마운팅 시스템에 대한 최적설계가 달성될 것으로 생각된다.
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