[논문]마찰 곡선에 의한 브레이크 소음 영향도 분석

강재영

doi:10.5050/ksnve.2012.22.2.163

마찰 곡선에 의한 브레이크 소음 영향도 분석
Effect of Friction Curve on Brake Squeal Propensity 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.22 no.2, 2012년, pp.163 - 169

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The brake squeal propensity associated with friction curve is investigated by using the hybrid finite element(FE)-analytical model. The modal analysis of an actual disc and pad is conducted by FE method. Also, the modeling for the accurate contact and disc rotation is analytically achieved. The eigenvalue analysis for the hybrid model provided the squeal dependency on the friction curve. Particularly, some pad modes and the disc torsion mode are shown to be sensitive for the friction curve.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 기존에 연구되어 온 모드연성 매카니즘 대신 마찰곡선에 따른 스퀼소음의 중요성을 제시하였다. 모드연성 해석은 현재 보편적으로 수행되고 있으나, 이에 비해서 마찰곡선의 중요성은 널리 인지되지 못하고 있다.
이때 복소수해의 실수부( (Re(λ))가 양의 실수이면 불안정해가 된다. 이 연구에서는 특히 마찰 곡선에 의한 감쇠요소를 다루고, 주요 진동모드 별로 마찰곡선에 의해서 스퀼영향도가 변하는 특성을 파악하고자 한다.

제안 방법

마찰곡선에 민감한 진동모드를 보다 더 깊이 살펴보기 위해서, 회전속도에 대한 해당 모드의 스퀼 성향을 해석하였다. Fig.
. 브레이크 스퀼 연구에서 스퀼이 발생하는 시점을 연구하는 선형해석의 경우 Nack^(3,4)에 의해 소개되었듯이 유한요소(FE)를 이용하여 정지 디스크와 정지 패드 간 마찰모델에 대한 복소수해석(complex eigenvalue analysis)을 수행하였다. 이후 Bajer^(5,6) 등은 ABAQUS를 이용하여 마찰접촉모델의 정확도를 높이기 위해 노력하였다.
선형방정식을 이용하여 복소수해를 구하게 되며, 실수부의 변화로 각 모드의 스퀼에 대한 성향을 분석한다. 특히 특정모드의 경우 마찰곡선에 민감하여 동적 불안정성에 큰 영향을 받는 경우가 있다.
우선 마찰계수의 회전속도에 대한 변화율이 브레이크 진동모드의 불안정성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 마찰계수가 상수일 경우와 마찰계수가 회전속도에 따라 변하는 경우를 각각 해석해 보았다. Fig.
특히 특정모드의 경우 마찰곡선에 민감하여 동적 불안정성에 큰 영향을 받는 경우가 있다. 이를 살펴보기 위해서 마찰곡선의 음의 기울기가 있는 경우와 없는 경우를 비교하였다. 이 연구에 사용된 설계 인자 값은 다음과 같다.

이론/모형

그에 따른 마찰력은 쿨롱의 법칙(Coulomb's law)을 따른다.
하지만, 접촉이 존재하는 경우(K≠0[%]) 디스크 및 패드 단품의 고유주파수가 증가하고, 진동모드형상이 왜곡되게 된다. 이를 위해서 Kang⁽¹⁷⁾이 제안한 방식으로 접촉강성에 의해 연성이 되어 있는 시스템의 진동 모드형상을 구현한다.
자동차 디스크 브레이크 모델을 해석하기 위해서 유한요소법(FEM)을 이용한다. 디스크는 Z축을 회전 축으로 일정한 속도( Ω )로 회전하고 있고, 브레이크패드는 정지상태로 특정위치에 고정되어 있지만 진동이 허용된다.

성능/효과

하지만 스퀼 소음을 명확히 예측하고 분석하기 위해서는 정확한 마찰접촉모델과 회전 디스크-패드간 마찰연성모델을 구축하여야 한다. 이 연구는 정확히 정의된 마찰소음모델을 이용하여 마찰 곡선 및 회전속도에 따라 스퀼 소음이 크게 영향을 받고 있음을 보여주었다.
13은 모드 E의 속도에 대한 스퀼성향을 보여준다. 즉, 디스크 비틀림 모드의 경우 마찰계수가 상수일 때는 스퀼성향이 큰 변화가 없지만, 마찰곡선의 경우 속도감소에 따라 스퀼성향이 증가함을 알 수 있다.

후속연구

이러한 결과들을 바탕으로 차후에 마찰곡선에 대한 환경영향도 및 그에 따른 스퀼 현상을 연구 할 예정이다.

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