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문제 정의
- 실제로 위와 같은 해석을 통해, 그런트 노이즈 발생에 영향을 주는 주된 요인이 무엇인지 파악하고자 하였고, 그에 따른 연구는 지금도 계속되고 있으나, 이 논문에서는 아래의 실차 평가를 통한 개선방향 연구에 주안을 두도록 하겠다.
제안 방법
- (3) CAE를 통한 해석적 접근을 통해 스틱-슬립노이즈 발생 모르를 재현하였고, 실차 시험을 통해 측정된 그런트 소음발생 주파수와의 상관관계를 지정하여, 해석적 개선의 기초안을 수립하였다.
- 그런트 노이즈가 실제 차량 프로그램 개발 도중 일어난 문제 상황이었기에, 협력업체와 같이 해결안 도출을 위해 해석적 검증을 진행하였다. 해석툴은 동역학 해석 툴인 리커다인(RecurDyn)을 사용하였다.
- 그런트 노이즈를 저주파 스트럭쳐 본 노이즈로 생각하고, 운전석까지의 전달경로를 막아보고자, 관련 서스펜션 부시(러버) 및 완충기의 연결 볼트부근, 스프링시트 러버 부위를 순차적으로 여러 번 윤활제를 도포하였다. 윤활제가 도포된 러버류가 소음 전달 경로를 차단해줄 수 있으리라 판단하였으나, 그런트 노이즈에 영향을 주지 않는 것을 파악하였다(1,3).
- 기본적으로 스틱-슬립 현상을 해석 기능을 통해 재현하였으며(6), Fig. 4와 같이 특정 정-마찰계수 와 동-마찰계수 차이 및 차량 속도, 제동압 등의 입력값 제어를 통해 Fig. 5의 왼쪽그림과 같은 가속도값의 진동을 찾아내고 이를 우측그림과 같이 frequency domain으로 변경하여 483 Hz의 초기 피크 진동값을 찾아내었다.
- 드럼 브레이크 어셈블리는 브레이크 슈와 휠실린더의 설치 방법에 따라 리딩 트레일링 슈형(LT형), 2리딩 슈형(2L형), 듀오 2리딩 슈형(D2L형), 듀오서보형(DS형) 등으로 분류되며, 각각의 장점과 단점이 있지만, 이 논문에서는 승용차에서 가장 흔히 사용되고 있는 리딩 트레일링 슈형(LT형)을 기준으로 기술하려 한다.
- 드럼의 강성에 대한 영향성을 평가하였다. 원주방향의 림(rim)을 제거하여 드럼의 강성을 약화시킨 제품으로 그런트 노이즈 재현 평가를 진행한 결과, 그런트 노이즈와는 별개로 드럼 확장음이 크게 증폭되어 차량평가를 진행하기 힘든 조건이 되었으므로 강성축소는 해결책이 아님을 인지하였고, 추가로 드럼의 강성을 보강한 샘플을 제작하여 대체 테스트를 진행하였다.
- 드럼의 조도가 그런트 노이즈에 영향을 주는 인자로 판단하여 조도를 변경한 제품을 제작하여 테스트하였다. 조도 Ra4.
- 실제로 그런트 노이즈는 후륜 서스펜션에서 발생할 수 있는 부쉬류의 소음과 거의 흡사하다. 따라서 테스트 당시에, 후륜 완충기(shock absorber) 밑단과, 드럼 브레이크 어셈불리의 백 플레이트, 그리고 로어 스프링 밑단 플레이트에 가속도계를 달아 주파수를 측정하였다(4).
- 또한 G사의 차량 그런트 노이즈 발생 수준을 파악하기 위해 여러 경쟁사차량의 그런트 노이즈 수준을 평가하였으며, 결과는 Table 1과 같다.
- 라이닝의 장각을 기존의 110˚에서 100˚로 줄이고, 기존의 대칭형이었던 슈어셈불리를 비대칭 방향으로 변경한 샘플을 제작하여 테스트 하였다. 이러한 변경사항은 Table 3과 같이 라이닝과 드럼간의 접촉면적을 기본적으로 줄이면서, 기존의 대칭형에서 나올 수 있는 불균일한 접촉 조건 및 마모 조건을 개선할 수 있는 방향이다.
- 드럼의 강성에 대한 영향성을 평가하였다. 원주방향의 림(rim)을 제거하여 드럼의 강성을 약화시킨 제품으로 그런트 노이즈 재현 평가를 진행한 결과, 그런트 노이즈와는 별개로 드럼 확장음이 크게 증폭되어 차량평가를 진행하기 힘든 조건이 되었으므로 강성축소는 해결책이 아님을 인지하였고, 추가로 드럼의 강성을 보강한 샘플을 제작하여 대체 테스트를 진행하였다.
- 그런트 노이즈를 저주파 스트럭쳐 본 노이즈로 생각하고, 운전석까지의 전달경로를 막아보고자, 관련 서스펜션 부시(러버) 및 완충기의 연결 볼트부근, 스프링시트 러버 부위를 순차적으로 여러 번 윤활제를 도포하였다. 윤활제가 도포된 러버류가 소음 전달 경로를 차단해줄 수 있으리라 판단하였으나, 그런트 노이즈에 영향을 주지 않는 것을 파악하였다(1,3).
- 이를 개선하기 위해 당사 차량의 실차 테스트 및 해석적 접근, 소음 주파수 분석, 기술적 이론데이터 등을 활용하였으며, 최종적으로는 설계 변경을 통해 소음 발생 수준을 상당부분 저감한 사례를 바탕으로 이 논문을 기술하려 한다.
이론/모형
- 그런트 노이즈가 실제 차량 프로그램 개발 도중 일어난 문제 상황이었기에, 협력업체와 같이 해결안 도출을 위해 해석적 검증을 진행하였다. 해석툴은 동역학 해석 툴인 리커다인(RecurDyn)을 사용하였다.
성능/효과
- (2) 대부분의 다른 차량의 경우에, 모든 운전자가 쉽게 재현할 수 있는 소음 모드가 아니라는 판단에서인지, 큰 개선 없이 방치되고 있는 상황으로 판단된다. 하지만 당사에서 여러 가지 평가기준으로 판단해 보았을 때, 소비자에게 충분히 불편, 불만사항이 될 수 있는 소음 수준이라 판단되어 개선노력을 기울이게 되었다.
- (5) 라이닝의 장각을 축소하고 접착 위치를 비대칭형으로 변경했을 때, 제동중간 및 제동말기의 라이닝에 분포되는 최대면압이 리딩슈 끝단에서 중간부위로 이동되는 것과 라이닝 전구간에 걸쳐 걸리는 면압의 최소/최대 차이가 줄어드는 이론적 배경 등을 근거로, 실제 차량에서 개선효과를 확인하였으며, 당사 양산차량에 적용을 하게 되었다.
- 이러한 이론적 백그라운드를 가지고 샘플을 제작하여 실차에서 평가한 결과, 그런트 노이즈가 사라짐을 확인할 수 있었다. 4대의 차량에 대해서 주기적으로 평가하였으며, 차량 마일리지를 쌓으면서 계속적으로 모니터링을 하였으나 소음이 재현되지 않았다.
- 드럼의 조도가 그런트 노이즈에 영향을 주는 인자로 판단하여 조도를 변경한 제품을 제작하여 테스트하였다. 조도 Ra4.0의 샘플을 제작하여 Ra1.0의 샘플과 비교테스트 하였으나 Ra4.0의 차량에서도 그런트 노이즈가 눈에 띄게 재현되지 않아, 드럼 조도와는 큰 연관관계가 없음을 파악하였다.
후속연구
- 다만 추가적으로 라이닝과 드럼과의 접촉 면적이 줄어듦으로 인하여 발생할 수 있는 싸이드이펙트(side effect)인, parking 성능 영향성, 스퀼노이즈 발생유무, 성능에 영향을 주는 마찰계수 영향 등의 확인이 필요하며, 이에 대한 평가 결과 개선전 사양과 동등 수준임을 확인하였다.
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