[논문]패스(Path)제어 방법을 통한 NSD 소음 저감 방안에 관한 연구

김선진; 김성곤; 강태우; 신철호

doi:10.5762/kais.2018.19.10.401

패스(Path)제어 방법을 통한 NSD 소음 저감 방안에 관한 연구
A study on the plan for the reduction of NSD noise according to path control method 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.10, 2018년, pp.401 - 409

김선진 (국방기술품질원 기동화력센터 5팀) , 김성곤 (국방기술품질원 기동화력센터 5팀) , 강태우 (국방기술품질원 기동화력센터 5팀) , 신철호 (국방기술품질원 기동화력센터 5팀)

초록
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본 연구는 패스(Path) 제어방법을 적용하여 소형전술차량에 적용된 NSD의 소음을 저감하기 위한 것이다. 소형전술차량은 고기동성 확보를 위해 후차축에 차동제한장치 중 하나인 NSD를 적용하였다. NSD는 높은 제한율을 가져 기동성을 향상 시켜주지만 기계적 구조에 의해 특정 조건에서 소음이 발생되는 단점이 있다. 이 소음은 NSD가 차동장치로써 원활한 역할 수행을 위해 기어간 유격에 의해 치간 접촉에 따라 발생되는 소음이다. 이러한 소음이 지속적으로 사용자에게 전달됨에 따라 운용자가 지속적인 문제 제기 및 개선 요구를 하고 있다. 물론, NSD의 소음으로 인해 제품의 성능 또는 내구성에 미치는 영향은 없으며, 국방규격에서 규정하는 소음 조건 역시 만족한다. 하지만, 사용자의 지속적인 개선요구에 따라 소음저감을 위한 방안에 대해 연구를 수행하였다. 따라서, 본 연구에서는 소음원의 제거가 현실적으로 제한되는 전술차량의 NSD 소음을 감소하기 위해 NSD의 소음이 전달되는 경로를 제어하는 패스제어방법을 적용하였다. 이를 통해 구조 전달계를 개선 보완하고 이에 대한 개선효과를 검증하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents means of reducing noise in NSD using path control methods for Light Tactical Vehicles (LTV). NSD is applied to the rear axle of LTVs for enhancing mobility. NSD can improve mobility of vehicles with a high locking ratio but causes noise under certain conditions due to its mechanical structure. This noise results from contact between gears due to the differential role of NSD. The noise affects users, so users have continually requested noise reductions. Though the noise doesn't affect product performance and durability, and satisfies the National Defense's noise condition standards, users request for noise reduction is the focus of this research. Eliminating the source of sound for LTVs is realistically limited, so this research applies a path control method to reduce noise by controlling the path which transmits the noise. This study improves the structural delivery system and examines methods of reducing noise in LTV systems.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Approach & depature angle of LTV
그림 Fig. 2. Structure of hub reduction on LTV[2]
그림 Fig. 3. Assembly and parts figure of NSD
표 Table 1. Type of differential gears
그림 Fig. 4. Detailed figure of spider and clutch
그림 Fig. 5. Operation principle of NSD[4]
그림 Fig. 6. Detailed operation principle between spider and clutch[4]
그림 Fig. 7. Mechanism of NSD noise
그림 Fig. 8. The results of NSD noise transfer path analysis
그림 Fig. 9. The location of Rear van and rear axle
그림 Fig. 10. The results of noise control effectiveness
표 Table 2. Improvement plan for NSD noise reduction
표 Table 2. Improvement plan for NSD noise reduction(Continue)

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 탑승자에게 전달되는 NSD의 소음을 감소하기 위한 방안을 도출하기 위해 NSD의 구조 및 작동원리에 대해 살펴보고, 이를 통해 개선방안을 수립하였다. 또한, 수립된 개선방안은 소음측정을 통한 검증을 통해 효과성을 확인하였다.
따라서 흡·차음재를 통한 개선보다는 구조전달 경로의 강성 보강을 통한 소음의 저감이 더 유효할 것으로 판단되어 패스제어방법을 적용하여 NSD 소음을 저감하기 위한 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 전술차량의 고기동성을 확보하기 위해 후차축에 적용된 NSD의 기계적인 작동원리에 의해 발생되는 소음을 개선함으로써 감성품질을 향상시킬 수 있었다. 이를 위해 다음과 같은 연구를 수행하였다.
물론 수차례의 시험 평가간 내구주행시험을 통해 NSD의 파손과 같은 내구적인 문제는 발생되지 않았으며, 소음역시 규격에서 요구하는 100 dB를 넘지않아 규격을 만족하고 있다. 하지만, 사용자의 지속적인 개선 요구에 따라 NSD에서 발생되는 소음이 탑승자에게 전달되는 크기를 감소시킴으로써 차량의 감성품질을 향상시키고자 한다.

제안 방법

최근 국내에서 개발된 소형전술차량(Light Tactical Vehicle 이하 LTV)은 그동안 국내에서 운용된 ¼톤(K131)과 1¼톤(K311A1) 계열차량을 대체하는 차량이다. LTV는 미국의 험비(HMMWV), 독일의 AMPV 그리고 이탈리아의 LMV 등 해외 전술차량의 개발 개념인 고기동성(High mobility), 생존성(Survivality) 그리고 다목적성(Multi purpose)을 적용하여 개발하였다[1].
LTV의 특징 중 하나인 고기동성을 확보하기 위해 엔진 및 변속기와 같은 동력계통의 성능 개선과 더불어 Fig. 1과 같이 접근각과 이탈각을 확보하였다. 또한, Fig.
2와 같이 허브리덕션 구조 채택을 통해 승용차량에 비해 약 2배 높은 최저지상고를 확보하였다. 그리고 험지탈출 능력강화를 위해 후차축에 NSD(No Spin Differential)를 적용하였다.
따라서 소음원의 제거를 제외하고 본 연구에 적합한 소음저감방안을 적용하기 위해 전술차량의 NSD 소음이 차량 실내의 탑승자에게 까지 전달되는 경로에 대해 먼저 확인하였다. 그 결과 Fig.
9와 같이 밴(Van)타입의 일체형 차체를 갖는 차량으로 후차축 바로 위에 위치하여 프레임에 고정된 후방밴 플로어를 통한 구조 전달이 있는 것으로 확인되었다. 따라서 이를 개선하기 위한 방안으로 후방밴 플로어에 Table 2(c)와 같이 4개의 보강재를 추가하여 강성을 향상시켰다.
마지막으로 구동축에서 미세하게 발생되는 흔들림이 NSD의 소음 전달에 영향을 주는 것으로 확인되었으며, 이에 따라 구동축 샤프트의 흔들림을 최대한 제어하기 위해 Table 2(e)와 같이 구동축과 후차축 튜브를 지지하는 베어링을 단륜 볼베어링에서 복륜 테이퍼 롤러베어링으로 변경하였다.
먼저, 주요 소음전달 경로를 분석한 결과, 다음과 같은 7가지의 구조에서 NSD로부터 나오는 소음이 전달되는 것을 확인하였다. 7가지 전달 구조 중 주요인자는 1) ~ 5)이며, 부수적 원인은 6) ~ 7)이다.
소음 측정은 각 개선방안에 대한 소음 저감 효과를 확인하기 위해 Fig. 10과 같이 각 개선사양을 하나씩 적용하며 소음을 측정하였다.
소음 측정은 운전자가 앉았을 때 귀가 위치하는 곳에 소음측정기를 부착하여 실제 운전자가 느낄 수 있는 소음을 측정하였으며, NSD 소음이 발생되는 두 가지 조건인 변속 레버 변환 및 주행 중 순간적인 가·감속 상황에 대해 확인하였다.
3에서 개선방안을 도출하였다. 이에 대한 검증을 위해 전술 차량의 규격서에 의거하여 소음측정을 수행하였다. 소음 측정은 운전자가 앉았을 때 귀가 위치하는 곳에 소음측정기를 부착하여 실제 운전자가 느낄 수 있는 소음을 측정하였으며, NSD 소음이 발생되는 두 가지 조건인 변속 레버 변환 및 주행 중 순간적인 가·감속 상황에 대해 확인하였다.
후차축의 마운팅 러버의 진동·절연 미흡 및 후차축 고정 크로스멤버를 통한 구조 전달을 위해 후차축에 대한 마운팅 러버와 구조를 변경하였다.

대상 데이터

NSD 조립체 및 구성부품의 형상은 Fig. 3과 같으며, 부품은 스파이더(Spder, 1EA), 클러치(Clutch, 2EA), 사이드기어(Side gear, 2EA) 그리고 스프링(Spring, 2EA) 등으로 구성된다.
NSD를 구성하는 부품 중 소음을 유발하는 부품은 스파이더와 클러치이다. 스파이더는 NSD의 중심에 위치하며 형상은 Fig.

성능/효과

4) 검증결과 : 개선방안을 적용한 결과 변속레버 변환 시에 발생되는 소음은 12.2 dB(약 18%), 주행 중 순간적인 가·감속시 발생되는 소음은 6.0 dB(약 8.3%)의 개선효과를 확인하였다.
다만, 차체 및 프레임과 같은 대구조물의 구조변경이 수반되는 관계로 여러 개선방안에 대한 경우의 수에 대한 소음측정을 하지 못하였으나, 모든 개선방안이 새로 양산되는 차량에 동시 적용되기 때문에 하나의 참고자료로 활용하였다. Fig. 10의 결과를 살펴보면, 개선전 사양 에서 변속레버 변환 시 69.2 dB의 소음이 발생되었으며, 최종적으로 57.0 dB로 12.2 dB(약 18%)의 소음이 저감되는 것으로 확인되었다. 가장 큰 영향은 후차축의 마운팅 구조변경 및 마운팅 러버 개선 그리고 구동축 샤프트지지 구조 개선에 따른 것으로 전체적인 소음 저감 영향에 73.
2 dB(약 18%)의 소음이 저감되는 것으로 확인되었다. 가장 큰 영향은 후차축의 마운팅 구조변경 및 마운팅 러버 개선 그리고 구동축 샤프트지지 구조 개선에 따른 것으로 전체적인 소음 저감 영향에 73.8%를 차지하였다. 또한, 주행 중 순간적인가· 감속 조건에서 발생되는 소음은 전체적인 개선방안에 거쳐 고른 영향성을 보여주었으며 개선 전 사양 72.
따라서 소음원의 제거를 제외하고 본 연구에 적합한 소음저감방안을 적용하기 위해 전술차량의 NSD 소음이 차량 실내의 탑승자에게 까지 전달되는 경로에 대해 먼저 확인하였다. 그 결과 Fig. 8과 같이 소리를 통한 전달은 10% 정도로 아주 미미하고 대부분이 후차축에서 시작하여 캐빈을 통해 탑승자에게 전달되는 구조전달이 주요인자인 것으로 확인되었다. 따라서 흡·차음재를 통한 개선보다는 구조전달 경로의 강성 보강을 통한 소음의 저감이 더 유효할 것으로 판단되어 패스제어방법을 적용하여 NSD 소음을 저감하기 위한 연구를 수행하였다.
1과 같이 접근각과 이탈각을 확보하였다. 또한, Fig.2와 같이 허브리덕션 구조 채택을 통해 승용차량에 비해 약 2배 높은 최저지상고를 확보하였다. 그리고 험지탈출 능력강화를 위해 후차축에 NSD(No Spin Differential)를 적용하였다.
또한, Javed Iqbal 등은 구동계 NVH 개선을 위해 전·후차축을 고정하는 마운팅 러버의 강성을 ±10%내에서 조절하며 NVH 개선을 위한 최적의 강성을 도출하였다.
3%)의 개선효과가 있음을 확인하였다. 또한, 모든 개선방안에서 소음이 저감되는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 보았을 때 소음이 전달되는 구조를 분석하고 이에 대한 개선이 적절히 이루어졌음을 확인할 수 있었다.
따라서 본 연구에서는 탑승자에게 전달되는 NSD의 소음을 감소하기 위한 방안을 도출하기 위해 NSD의 구조 및 작동원리에 대해 살펴보고, 이를 통해 개선방안을 수립하였다. 또한, 수립된 개선방안은 소음측정을 통한 검증을 통해 효과성을 확인하였다.
또한, 주행 중 순간적인가· 감속 조건에서 발생되는 소음은 전체적인 개선방안에 거쳐 고른 영향성을 보여주었으며 개선 전 사양 72.3 dB 대비 6.0 dB(8.3%)의 개선효과가 있음을 확인하였다.
소형전술차량은 Fig. 9와 같이 밴(Van)타입의 일체형 차체를 갖는 차량으로 후차축 바로 위에 위치하여 프레임에 고정된 후방밴 플로어를 통한 구조 전달이 있는 것으로 확인되었다. 따라서 이를 개선하기 위한 방안으로 후방밴 플로어에 Table 2(c)와 같이 4개의 보강재를 추가하여 강성을 향상시켰다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	차동기어는 무엇인가?	전술차량 후차축에 적용된 NSD는 차동기어 (Differential gear)중 하나이다. 차동기어는 차량이 선회 시 선회반경에 의해 발생되는 양쪽 바퀴의 회전차를 보상하기 위한 장치이다. 차동장치는 Table 1과 같이 LSD(Limited Slip Differential), LD(Locking Differential) 및 NSD 등이 있다.
	LTV는 무엇을 적용하여 개발되었나?	최근 국내에서 개발된 소형전술차량(Light Tactical Vehicle 이하 LTV)은 그동안 국내에서 운용된 ¼톤 (K131)과 1¼톤(K311A1) 계열차량을 대체하는 차량이다. LTV는 미국의 험비(HMMWV), 독일의 AMPV 그 리고 이탈리아의 LMV 등 해외 전술차량의 개발 개념인 고기동성(High mobility), 생존성(Survivality) 그리고 다목적성(Multi purpose)을 적용하여 개발하였다[1].
	NSD(No Spin Differential)의 장점은 무엇인가?	LSD 및 LD는 주로 승용차량에 적용되며, NSD는 높은 기동성을 요구하는 군용차량 및 농기계와 같이 특수 목적으로 사용되는 차량에 적용되고 있다[3]. NSD는 LSD 및 LD에 비해 제한율(Locking ratio)이 높아 진흙이나 웅덩이와 같은 험지에서 슬립없이 쉽게 탈출할 수 있는 장점이 있다. 반면에 NSD는 소음이 크다는 단점이 있어 정숙성 및 감성품질이 중요한 승용차량에는 적용되지 않고 있다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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