2021년 08월 09일
자동차 산업이 급속하게 변화하고 있습니다. 내연기관 자동차에서 하이브리드 자동차를 거쳐 전기 자동차 시대에 진입하면서, 자동차 엔지니어들이 해결해야 할 우선 과제들도 변화하고 있습니다. 미래 자동차에서 소음 진동(NVH)은 큰 변화가 필요할 것입니다.
소음
소음은 진동으로부터 발생합니다. 소음은 음파가 공기 및 다른 매개체로 이동하면서 발생하는 결과물의 하나로 우리가 일반적으로 접하는 표현입니다.
진동
진동은 평형 상태 혹은 어느 한 곳에 위치해 있는 강체 또는 탄성체, 매개체의 진동 운동이나 왕복 운동 또는 유사한 종류의 움직임을 말합니다.
Harshness
Harshness는 음향 심리학에서 정의되는 개념으로 불쾌함으로 표현되기도 합니다. 음향 심리학에서는 인간의 인지 능력이 소리의 세기보다 소리의 주파수와 시간에 따른 소리의 구조에 더 반응한다고 합니다.
자동차 기술이 전기 자동차와 하이브리드 자동차로 변화하고 있기 때문에 소음 진동(NVH)은 기존의 기술을 변형하거나 새로운 기술 개발을 통해 개선되어야 합니다. 전기 모터를 이용한 파워트레인은 계속 개발되고 있는 반면 내장 및 외장 부품은 기존 틀에서 크게 벗어나지 않고 있습니다. 자동차 엔진 소리에 의해 가려졌던 자동차의 전장 제품, 기어박스, 모터, 주행 중 공기저항, 타이어와 지면의 접촉에 의해 발생하는 소음과 진동은 자동차 엔지니어들에게 새로운 과제가 되고 있습니다. 자동차 엔지니어들은 점점 높아지는 고객들의 기대 충족을 위해 다양한 소음을 해결해야 합니다.
차량 구동 장치가 전동화 되면서 엔지니어들은 자동차에서 발생하는 아래 4가지 항목에 주목하고 있습니다.
이전에 감쳐줬던 소음 진동(NVH)
내연 기관 자동차에서 전기 자동차로 변화하면서 내연기관에 의해 감춰졌던 소음을 이제 운전자들이 쉽게 들을 수 있습니다. 자동차에서 발생하는 모든 소음(래틀 소음, 작은 틱 또는 끽 소리)은 자동차 엔지니어들에게 좀 더 중요한 문제될 것이며 해결해야 하는 과제입니다.
소음 진동(NVH) 관리
일반적으로 전기 자동차 내부는 조용할 것이라고 생각하지만 실제로는 그렇지 않기 때문에 개선을 위한 많은 기술 개발이 필요합니다. 예를 들어 래틀 소음, 작은 틱 또는 끽 소음, 타이어, 공기 저항때문에 발생하는 소음 등을 감소시키기 위해서는 많은 개발과 시험이 필요합니다. “악마는 디테일에 있다”라는 잘 알려진 속담과 같이 작은 미세한 것들이 큰 영향을 끼칠 수도 있습니다.
변화하는 내장 부품들
자동차의 내장 설계에 영향을 주는 요소들은 다양합니다. 차량 구동 장치의 전동화는 구동 모터의 사용으로 내연 기관과 변속기를 불필요하게 만들었고 배터리는 승객들이 탑승하는 캐빈 밑에 위치합니다. 이러한 변화들은 내연 기관 자동차에서는 볼 수 없었던 새로운 내장 설계의 가능성을 열었습니다.
내장 설계에 영향을 끼치는 또 다른 요소는 바로 점점 발전되고 있는 자율 주행입니다. 스위블 시트, 더 좋은 성능의 리클라이너와 같은 시트 부품 설계나 캐빈 레이아웃 설계에 대해 많은 선택권들이 생기게 되었습니다. 자동 도어 시스템과 같은 전장 제품 또한 흔히 적용되고 있습니다.
움직임이 있는 어떤 기능이든지 소음과 진동을 발생시킵니다. 운전자와 승객의 기대를 만족시키기 위해서 내장 제품에 사용되는 모터의 경우 제품 수명 동안 부드러운 작동을 돕기 위한 낮은 마찰력의 부품을 사용하는 것이 필요합니다.
모터 적용 증가
기어박스, 시트 슬라이더, 테일게이트와 같은 많은 부분들에서 전동화가 이루어짐에 따라 자동차의 모터 소음에 대한 문제는 점점 커질 것으로 예상됩니다. 내연 기관 자동차에서는 모터에서 나는 소음이 엔진에 의해 감춰졌습니다만 하이브리드 자동차와 전기자동차 시대로 접어들면서, 자동차 엔지니어들은 모터의 소음 진동(NVH) 문제를 줄이는데 많은 시간을 사용하고 있습니다. 내연 기관에 의해 가려졌던 소음이 현재의 전기 자동차에서는 인지가 가능해 졌습니다. 모터에 의해 발생하는 인지 가능한 끽 소음을 분석하기 위해서는 Prominence ratio 또는 다른 음향 심리학 변수를 측정하여 분석해야 합니다.
최근 운전자나 승객들은 이전보다 주행 중 편안함을 중요하게 생각합니다. 자동차 제조사들은 고급형 자동차를 개발하기 위해 부단히 노력할 것이며, 모터를 효율적으로 사용하여 고객이 원하는 기능을 제공하기 위한 전장 부품과 편의 사양에 대한 개발은 계속 늘어날 것입니다.
전동화로인해 아래와 같은 소음 진동에 대한 문제가 발생할 수도 있습니다.
끽 소음(Squeak) – 두 표면이 움직이면서 발생하는 마찰에 의한 가진입니다. 마찰 계수나 표면 거칠기에 영향을 받습니다.
래틀 소음(Rattle) – 기계 부품의 간극 사이에서 움직임이나 진동이 발생하여 생기는 넓은 영역의 소음입니다.
작동소음품질(OSQ) – 작동 소음의 품질은 사용자가 인지하는 것에 따라 결정됩니다. 자동차 문 닫을 때 나는 소리, 창문 작동 모터 소리, 버튼 누를 때 나는 소리와 같은 것들이 이에 해당합니다.
끼익끽 소음(Whine) – 좁은 영역의 주파수 범위를 가지는 소음으로 모터, 기어박스, 전자 제품 등에서 발생할 수 있습니다. 해당 소음은 사람들이 매우 거슬리게 느끼는 종류의 소음입니다.
타이어 소음 – 타이어와 지면 사이의 상호작용에 의해 발생합니다. 타이어 소음은 미래 자동차에서도 없어지지 않을 것이며, 내연 기관의 소음 감소/제거로 인해 저속 또는 중간 속도에서 소음이 증가할 것입니다. 낮은 주파수 소음은 자동차 섀시를 통해 래틀 소음을 증가시킬 수도 있고 중, 고속에서는 공기를 통하여 소음이 전달되므로 자동차 실링이나 사운드팩에 더 신경을 쓸 필요가 있을 것입니다.
공기저항에 의한 소음 – 엔진에 의해 가려지는 소음이 줄어들면서 높은 주행 속도에서 사용자가 인지하기 더 쉬워질 것입니다. 공기저항에 의한 소음은 일반적으로 난류에서 발생하며 A 필러, 거울, 선루프 등에 의해 유체의 흐름이 분리되었다가 구조물에 다시 부착되었을 때 사용자가 인지합니다. 이러한 고주파 소음을 감소시키기 위해서는 각별히 자동차의 실링, 하부 설계, 유리 등에 신경을 써야 합니다.
Saint-Gobain과 함께 소음 진동(NVH) 성능을 개선하세요.
Saint-Gobain은 모든 소음 범주들에 대해서 소음 진동(NVH) 성능을 향상시킬 수 있는 탁월한 지식과 제품들을 보유하고 있습니다. 그리고 NORGLIDE® 플레인 베어링의 PTFE층은 낮은 마찰력을 제공함으로써 회전 시에 끽 소음(Squeak) 성능을 개선시킬 수 있습니다.
NORGLIDE® 베어링과 RENCOL® 톨러런스 링(Tolerance Rings)은 축과 하우징 사이의 틈새를 없애서 래틀(Rattle)을 방지하고 Alignment를 개선할 수 있으며 상대품 치수 공차를 완화시킬 수도 있습니다. 또한, 축과 하우징 사이에 위치하여 이종 재질 부품간의 열팽창률 보상이 가능합니다. 간극이 없는 조립 상태에서의 낮은 마찰력은 시스템 작동 소음을 개선시킬 수도 있습니다. 이러한 장점들은 SPRINGLIDE™(스프링글라이드)에서도 확인하실 수 있습니다.
톨러런스 링(Tolerance rings)은 하우징과 축 사이에 조립되어 스프링과 같은 기능을 수행합니다. 전기 모터에서도 스테이터와 하우징 사이에 조립되어 진동을 흡수하는 역할을 할 수도 있습니다.
에어본노이즈(타이어 회전에 따른 주위 공기 층의 와류에 의한 풍절음)의 전달 함수는 차량의 실링 및 사운드팩을 조정함으로써 개선될 수도 있습니다. Saint-Gobain 그룹의 사운드팩킹 업체인 Pritex 는 자동차 사운드팩 개발과 관련하여 폭넓은 경험을 가지고 있습니다.
당사의 소음 진동(NVH) 개발팀은 많은 제품들의 개발과 시험을 진행하고 있습니다. 영국 브리스톨에 위치한 무향실에서는 작동 조건 또는 특정한 요구 조건에서의 소음과 진동, 전달성, 모터 차수 분석 등을 시험할 수 있습니다. 더불어 자동차 실링과 관련된 Painted Body and Full Vehicle Equivalent Body Hole Size (PBHS and FVBHS)과 생산성에 대해서도 도움을 드릴 수 있습니다.
소음 진동(NVH) 개선을 위해 당사의 제품들 및 기능에 대해서 더 많은 정보가 필요하시면 Saint-Gobain 엔지니어에게 문의하시기 바랍니다. Contact Us; email: makingabigdifference@saint-gobain.com.