[논문]토크 측정을 이용한 차량 변속기용 비틀림 진동 절연 댐퍼 평가

김기우; 장재덕

doi:10.5050/ksnve.2012.22.4.377

토크 측정을 이용한 차량 변속기용 비틀림 진동 절연 댐퍼 평가
Evaluation of Torsional Vibration Isolation Damper in Automotive Transmissions Based on In-situ Torque Measurement 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.22 no.4, 2012년, pp.377 - 382

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a proof-of-concept study on the evaluation of torsional vibration isolation performance through in-situ output torque measurement by using a non-contacting magneto-elastic torque transducer installed in the vehicle driveline system. The de-trending processing is first conducted to extract the torsional vibration from the measured driveline output torque. In order to estimate the transmissibility, primary performance indicator of a vibration isolator, the magnitude of transmitted torsional vibration with different frequencies is compared. From the conservative estimation results, the torsional damper built in a lock-up clutch of a torque converter is identified to be a vibration isolator. The evaluation results show that the fluid damping by torque converter outperforms the vibration isolation function of a torsional damper, and the isolation performance needs to be enhanced.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이 연구는 비접촉 방식의 최신 토크 센서 기술을 이용하여 자동변속기 탑재 차량의 비틀림 댐퍼 성능을 실차 상태에서 직접 평가한 연구로 시험 결과로부터 다음과 같은 중요한 결과를 도출하였다.
이 연구에서는 최신 비접촉 토크 변환기를 이용하여 실제 자동변속기가 장착된 차량의 직결 클러치 작동 전후의 구동계 출력축 토크를 차량 주행 상태에서 실시간으로 측정하여 직결 클러치에 장착된 비틀림 댐퍼의 엔진 토크 진동 절연 특성을 파악하고 절연 성능을 처음으로 평가하였다.

제안 방법

먼저 엔진 토크 신호에 포함되어 출력축에 전달되는 비틀림 토크 진동을 평가하기 위해서 저주파 수의 출력축 토크 성분을 제거하여 정상 신호(stationary signal)을 생성하는 디트렌딩(de-trending) 절차를 수행하였다.
여기서 N은 모델 차수이며 이 연구에서는 100으로 선정하여 절점 주파수(cut-off frequency)가 약 10Hz인 고주파수 통과 필터(high-pass filter) 역할을 수행하는 FIR형 디지털 필터를 설계하였다⁽⁷⁾.
여기서 T_in는 실제 엔진에서 발생되는 토크 진폭의 크기로 엔진과 토크 컨버터 사이에 위치한 드라이브 플레이트(drive plate)에서 측정해야 하는 신호이지만 이 연구에서는 출력축 토크만 측정하였기 때문에 시험 자료 대신 참고 문헌 및 2단 기어비(gear ratio)를 참조하여 평균 토크 107.8 Nm인 엔진 토크 진동을 simulation × 3.4를 사용하여 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 조건 및 사용된 파라미터는 Table 1에 나타낸 수치를 사용하였다.
9에 나타낸 전달률 곡선을 살펴보면 자유진동으로부터 비틀림 댐퍼의 고유진동수를 약 5Hz로 추정할 경우 엔진 작동 영역(50~300 Hz 또는 750~4500 RPM)에서 주파수가 증가함에 따라 전달률이-40dB/decade의 기울기로 감소하는 전형적인 선형 2차 시스템의 동적 특성을 나타내어 진동 절연기의 거동을 나타내었다. 차량 동력 전달계의 모달 특성 주파수에 의한 공진이 발생되지 않는 엔진 가진 주파수에서의 결과만을 사용하였으므로 비틀림 댐퍼의 진동 절연 성능에 대한 기본적인 평가가 이루어졌다고 판단된다.
토크 컨버터 내부의 직결 클러치에 부착된 비틀림 댐퍼의 진동 절연 성능을 평가하기 위해 직결 클러치 작동 전후의 구동 출력 토크를 측정하였다. Fig.

데이터처리

측정된 토크 신호의 주파수 성분은 시간에 따라 천천히 변할 수 있으므로 해밍 윈도우(hamming window)를 이용하여 short-term fast Fourier transform(SFFT) 분석을 실시하였다. Fig.

이론/모형

2에 나타낸 비접촉 토크 변환기는 출력축에 작용하는 비틀림 토크에 비례하여 자기 탄성 재료로 제조된 극성체에서 자기 선속(magnetic flux)의 변동이 발생되면 비접촉 자기장 센서에서 감지 한 후 토크에 비례하는 전압 신호로 변환된다. 샘플링 주파수는 2kHz로 설정하여 데이터를 수집하였으며 신호 분석 도구로 MATLAB⁽¹⁰⁾을 사용하였다.

성능/효과

(1) 일반적으로 파워트레인 제어(powertrain control)를 위해 사용되는 토크 변환기를 진동 시험용으로 사용하여 차량 출력축 토크만을 측정한 결과 성공적으로 비틀림 댐퍼의 기본적인 동특성(고유 진동수) 및 진동 절연 성능을 평가할 수 있었으며 토크 변환기의 추가적인 용도를 제시하였다.
6에 나타내었다. 엔진 회전수가 약 1800 RPM인 정상 상태에서 측정된 출력축 토크 신호를 사용하였으며 진동 주파수인 120 Hz(식 (1)로부터 f_e = 188/15))와 양호하게 일치하여 성공적으로 토크 진동 성분이 추정된 것으로 나타났다. 이때 18.
또한 직결 클러치 작동 전(open)의 진동 폭보다 작동 후(closed)의 진동 폭이 증대된 사실을 알 수 있다. 즉, 토크 컨버터의 유체 댐핑 성능보다 직결 클러치 댐퍼의 진동 절연 성능이 상대적으로 열세인 것을 알 수 있다. 이때 19초 근방 정상상태에서의 실효치(RMS value)는 약 4.

후속연구

(3) 시험 결과로부터 이중 스프링으로 구성된 현재 비틀림 댐퍼의 진동 절연 기능이 양호하게 작동되는 것으로 나타났지만 여전히 토크 컨버터 작동(유체 커플링)시보다 성능이 열세이기 때문에 직결 클러치 작동 전(open) 수준으로 감소시키는 추가적인 성능 개선이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	신호 분석 도구로 사용된 것은?	2에 나타낸 비접촉 토크 변환기는 출력축에 작용하는 비틀림 토크에 비례하여 자기 탄성 재료로 제조된 극성체에서 자기 선속(magnetic flux)의 변동이 발생되면 비접촉 자기장 센서에서 감지 한 후 토크에 비례하는 전압 신호로 변환된다. 샘플링 주파수는 2kHz로 설정하여 데이터를 수집하였으며 신호 분석 도구로 MATLAB(10)을 사용하였다.
	측정된 토크 신호의 주파수 성분은 시간에 따라 천천히 변할 수 있으므로 무엇을 이용하여 분석을 실시하였나?	측정된 토크 신호의 주파수 성분은 시간에 따라 천천히 변할 수 있으므로 해밍 윈도우 (hamming window)를 이용하여 short-term fast Fourier transform(SFFT) 분석을 실시하였다. Fig.
	엔진 토크의 불규칙한 변동의 문제점은?	가솔린 및 디젤 엔진과 같은 자동차 내연 기관 (combustion engine)은 흡입, 배기 및 압축 과정에서 발생되는 가스 압력, 피스톤 왕복 운동의 불균형 등에 의해 엔진 토크의 불규칙한 변동(fluctuation)이 발생된다. 이러한 엔진 토크 진동은 변속기 (transmission)의 입력 축(input shaft) 및 구동계 (driveline system)를 가진(excitation) 하여 불필요한 NVH(noise, vibration, and harshness) 문제를 발생시키며 자동차 감성 품질에 영향을 미쳐 주요 소비자 불만 요인이 되고 있다. 특히 자동 변속기 (automatic transmission, AT) 장착 차량은 Fig.

참고문헌 (10)

Park, T. J., Kim, M. S., Jang, J. D., Joo, I. S., 2007, Vibration Analysis of Damper System in Torque Converter, Proceedings of KSNVE Spring Conference, KSNVE07S-08-26.
Park, J. Y., Sim H. S., 2011, Drive-train Jerk Reduction Control for Parallel Hybrid Electric Vehicles, Transactions of KSAE, Vol. 19, No. 1, pp. 17-24.
Kim, G.-W. and Jang, J. D., 2002, Analysis of Torsional Vibration of Torque Converter Lock-up Clutch with Damper, KSAE Spring Conference, Vol. II, pp. 819-824.
Lee, D. H., Chung, T. Y., Kim, Y. C. and Kim, H. S., 2011, Design and Performance Evaluation of Spring-viscous Damper for Torsional Vibration, Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 21, No. 12, pp. 1192-1198.

원문보기 상세보기
Steinel, K. and Tebbe, G., 2004, New Torsional Damper Concepts to Reduce Idle Rattle in Truck Transmission, SAE World Congress, No. 2004-01-2722.
Shim, Y., Kauh, S. K. and Ha, K. P., 2011, Evaluation of Idle Stability Through In-situ Torque Measurement in Automatic Transmission Vehicles, International Journal of Automotive Technology, Vol. 12, No. 3, pp. 315-320.

원문보기 상세보기
Kim, G.-W., Kucharski, J., Pietron, G., Yanakiev, D., Fujii, Y. and Wang, K. W., 2011, Effect of Road Excitation on Driveline Output Torque Measurement, SAE 2011 Noise and Vibration Conference and Exhibition, Paper No. 2011-01-1538.
Kim, G.-W., 2012, System Identification of In-situ Vehicle Output Torque Measurement System, Transactions of KSAE, Vol. 20, No. 2, pp. 85-89.

원문보기 상세보기
SAE, 1997, Manual Transmission Clutch Systems; Chapter 8 Torsional Vibration and Tuning Capacity.
MATLAB/Signal Processing Toolboxa V7.6 User's guide, The Mathworks, 2011.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

토크 측정을 이용한 차량 변속기용 비틀림 진동 절연 댐퍼 평가
Evaluation of Torsional Vibration Isolation Damper in Automotive Transmissions Based on In-situ Torque Measurement 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

토크 측정을 이용한 차량 변속기용 비틀림 진동 절연 댐퍼 평가 Evaluation of Torsional Vibration Isolation Damper in Automotive Transmissions Based on In-situ Torque Measurement 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김기우 (4) 장재덕 (7)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

토크 측정을 이용한 차량 변속기용 비틀림 진동 절연 댐퍼 평가
Evaluation of Torsional Vibration Isolation Damper in Automotive Transmissions Based on In-situ Torque Measurement 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper