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제안 방법
- FRF를 추정하여 공진주파수를 확인하고 전달률을 측정하기 위해서는 사인 파형의 가진주파수를 증분시켜 가면서 수 차례 반복 시험한 후 진폭비를 계산하여 추정 할 수 있지만 시험 장비의 특성상 반복 시험할 경우 시험기 냉각 및 추가적인 후처리 계산이 반복 시험 마다 필요하여 측정 시간이 많이 소요되는 단점이 발생한다. 또한 랜덤 가진(random excitation)이 FRF 추정에 가장 이상적이지만 저관성 내구 시험 장비의 대역폭(bandwidth) 한계로 인해 이 연구에서는 사인 파형(sinusoidal waveform)의 순간주파수(instantaneous frequency)가 시간에 따라 선형적으로 증가하도록 주파수 변조(frequency modulation)를 시킨 첩(chirp or sweep) 신호를 대신 사용하였다.
- 입출력 토크 신호는 샘플링 주파수(sampling frequency)를 1 kHz로 설정 하여 데이터 수집 장비(model: keyence NR-500)를 사용하여 측정하였다. 신호의 왜곡을 방지하지 위해 아날로그 저역 통과 필터(analog low-pass filter)를 사용하지 않고 차단 주파수(cut-off frequency)가 200 Hz로 설정된 버터워스(Butterworth) 디지털 저역 통과 필터를 사용하여 주파수 분석을 통해 영향을 미치는 신호 잡음(noise)과 스프링 상수가 변하는 영역에서 작동시 발생하는 비선형 진동 성분을 제거하였다. 식 (6)에 나타낸 진동 전달률은 입출력 신호의 동적 특성을 나타내는 주파수응답함수(frequency response functions, FRFs)과 동일하므로 2개의 채널을 가진 동적 신호 분석기(dynamic signal analyzer, DSA, model: HP 35670A)를 사용할 경우 내장된 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT) 알고리즘에 의해 직접 실시간으로 측정할 수 있다.
- 클러치 스프링 댐퍼의 진동 전달률을 실험적으로 측정하기 위한 전용 시험기가 없기 때문에 이 연구에서 사용한 방법은 클러치 스프링 댐퍼의 내구 성능 평가를 위해 사용하는 저관성 다이나모 시험기(lower inertia dynamo-meter)를 대신 사용하여 실용성 및 타당성을 입증하였다. 실제 차량의 운전 조건을 최대한 상사한 상태에서 내구 시험이 가능하도록 개발된 시험 장비로 다양한 형태의 가진(excitation) 입력 이 가능하기 때문에 전달률 측정에 활용하였다. 파워 스펙트럼 밀도(power spectrum density, PSD) 함수를 사용한 신호 처리 방법으로 전달률을 추정한 후 직접 시험한 결과와 비교하여 전달률 측정 방법의 타당성을 검증하였다.
- 이 연구는 전용 전달률 측정 시험기 대신 최신 토크 센서 기술이 적용된 저관성 내구 시험기를 사용하여 승용차 비틀림 스프링 댐퍼의 진동 절연 성능을 처음으로 평가하여 다음과 같은 중요한 결과를 도출하였다.
- 이 연구에서는 차량용 클러치 스프링 댐퍼의 동적 성능을 평가하기 위해 진동 절연 성능을 이론적으로 해석한 후, 진동 절연 성능을 평가하는 대표적인 성능 지표인 진동 전달률(vibration transmissibility)을 실험적으로 측정하여 상호 결과를 비교하였다. 클러치 스프링 댐퍼의 진동 전달률을 실험적으로 측정하기 위한 전용 시험기가 없기 때문에 이 연구에서 사용한 방법은 클러치 스프링 댐퍼의 내구 성능 평가를 위해 사용하는 저관성 다이나모 시험기(lower inertia dynamo-meter)를 대신 사용하여 실용성 및 타당성을 입증하였다.
- 이 연구에서는 클러치 스프링 댐퍼의 진동 전달률을 실험적으로 측정하기 위해 정밀 모터 제어가 가능한 저관성 내구 시험기(Meidensha Co. 제작, 최대 입력 토크 3 kNm, 최대 회전수 7000 RPM) 및 최신 토크 측정 기술을 사용하였다. 입력 토크 센서(model: HBM T12, 3 kNm) 및 출력 토크 센서(model: HBM T10F, 2 kNm)는 회전 변압기(rotary transformer)를 사용하여 비접촉(non-contacting) 방식으로 축 토크를 측정하여 잡음(noise)을 최소화시키는 장점을 가지고 있다(8).
- 1에 나타낸 형상과 같이 클러치 원주상에 헬리컬 코일 스프링(helical coil spring)을 배치한 구조로 구성되어 있으며 운전 영역에서 작동하는 1단 스프링과 최대 입력 토크를 감당하는 2단 스프링으로 구성된 다수의 이중 스프링(dual springs)을 일반적으로 사용한다. 이때 스프링 사이의 마찰 등으로 인해 이력(hysteresis) 현상이 발생되어 진동 감쇠(damping)가 가능하지만 기본적으로 우수한 진동 절연 성능을 위하여 최대한 낮은 고유진동수를 나타내도록 1단 스프링 상수를 설계한다. 이러한 정적 스프링 특성은 구동계(driveline system) 진동 모드 및 차량 NVH 해석에 사용되고 있다.
- 1)를 연결한 전달 축에 설치하였다. 입출력 토크 신호는 샘플링 주파수(sampling frequency)를 1 kHz로 설정 하여 데이터 수집 장비(model: keyence NR-500)를 사용하여 측정하였다. 신호의 왜곡을 방지하지 위해 아날로그 저역 통과 필터(analog low-pass filter)를 사용하지 않고 차단 주파수(cut-off frequency)가 200 Hz로 설정된 버터워스(Butterworth) 디지털 저역 통과 필터를 사용하여 주파수 분석을 통해 영향을 미치는 신호 잡음(noise)과 스프링 상수가 변하는 영역에서 작동시 발생하는 비선형 진동 성분을 제거하였다.
- 제안된 방법을 이용하여 대표적인 승용차용 비틀림 스프링 댐퍼의 진동 전달률을 측정하였다. 이때 사용된 입출력 토크 신호는 Fig.
- 이 연구에서는 차량용 클러치 스프링 댐퍼의 동적 성능을 평가하기 위해 진동 절연 성능을 이론적으로 해석한 후, 진동 절연 성능을 평가하는 대표적인 성능 지표인 진동 전달률(vibration transmissibility)을 실험적으로 측정하여 상호 결과를 비교하였다. 클러치 스프링 댐퍼의 진동 전달률을 실험적으로 측정하기 위한 전용 시험기가 없기 때문에 이 연구에서 사용한 방법은 클러치 스프링 댐퍼의 내구 성능 평가를 위해 사용하는 저관성 다이나모 시험기(lower inertia dynamo-meter)를 대신 사용하여 실용성 및 타당성을 입증하였다. 실제 차량의 운전 조건을 최대한 상사한 상태에서 내구 시험이 가능하도록 개발된 시험 장비로 다양한 형태의 가진(excitation) 입력 이 가능하기 때문에 전달률 측정에 활용하였다.
- 실제 차량의 운전 조건을 최대한 상사한 상태에서 내구 시험이 가능하도록 개발된 시험 장비로 다양한 형태의 가진(excitation) 입력 이 가능하기 때문에 전달률 측정에 활용하였다. 파워 스펙트럼 밀도(power spectrum density, PSD) 함수를 사용한 신호 처리 방법으로 전달률을 추정한 후 직접 시험한 결과와 비교하여 전달률 측정 방법의 타당성을 검증하였다.
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