► 승차감의 정의
•넓은 의미
-. 차량의 진동, 소음, 시트의 안락감, 실내의 넓이, 시계, 환기성 등과 관련된 종합적인 쾌적함
-. 진동과 관련된 쾌적성을 진동 승차감이라고 한다.
► 아이들 진동, shimmy, shake, 발진시 진동 등
-. 자동차의 소음
아이들 소음, 부잉 소음, 엔진 투과음, 변속기 소음, 도로 소음, 바람 소리 등
•좁은 의미
-. 주행 중에 승객이 받게 되는 진동과 관련된 안락함
-. 차량 주행 중 특히 노면으로부터 발생되는 가진으로 인한 차체 진동은 승객이 느끼게 되는 안락함
-. Pitching, rolling, bouncing의 3가지 요소를 승차감에 관련된 주요 진동 항목으로 설정할 수 있다.
► 진동 발생 과정
•진동 발생원
-. 타이어 및 노면의 요철
•전달계•공진계
- . 타이어
타이어 자체에서 노면입력을 일부 흡수하지만, 대부분은 현가계를 통해서 차체로 진동을 전달
-. 현가계:
스프링, 스테빌라이저(stabilizer), 충격흡수기(shock absorber) 등의 감쇠작용으로 스프링 아래 질량(unsprung mass)의 진동을 흡수하지만, 충분히 흡수되지 않은 진동이 차체로 전달
-. 차체
. 차량의 바디, 엔진 등 스프링 위 질량(sprung mass)이 공진을 일으킨다.
. 충격흡수기의 기능이 저하되면 진동이 오래 동안 지속된다.
•진동부위
-. 차체 전체가 흔들리며, 시트의 스프링과 승차인원 및 적재물에 의해서 진동수가
변한다.
Sprung, unsprung mass
자동차 진동 형태
바운싱
-. 차체의 상하방향 흔들림
-. 차체의 고유 진동수와 노면 요철에 의한 가진 현상으로 인하여 발생한다.
-. Bouncing의 진동수가 높아지면 탑승자에게 불쾌감을 주며 멀미를 유발시킬 수 있으므로 차량에서는 1.3~2.5Hz 내외의 값을 갖도록 차체의 질량과 현가계의 스프링 강성을 설정
-. Bouncing 요인 :
타이어의 종류 및 공기압, 스프링 불량, 충격흡수기의 감쇠력, 승차 인원 등
피칭(Pitching)
-. 차체의 세로 방향의 흔들림
-. 타이어 종류 및 공기압, 충격흡수기의 감쇠력 등
롤링(rolling)
-. 차체의 횡방향 흔들림
-. 전륜, 후륜의 Roll center를 연결한 roll axis을 중심으로 차체의 rolling이 발생
-. 차체의 승차감 및 조향 특성에 지대한 영향을 준다.
-. 요인 : 타이어 종류 및 공기압, 충격흡수기의 흡수력, 스프링 불량, 차체 높이, 스테빌라이저의 특성
승차감과 진동수와의 관계
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진동수 |
인체의 느낌 |
관련부품 |
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1~2Hz |
침대에서 상하방향으로 느끼는 푹신한 진동 |
Sprung mass, 충격흡수기, 현가 스프링 |
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2~4Hz |
작은 돌기를 통과할 때 순간적으로 느껴지는 상하 방향의 진동 |
Sprung mass, 충격흡수기, 현가 스프링 |
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4~8Hz |
시트를 거쳐서 복부에 전달되는 거친 진동의 느낌 |
Sprung mass, 현가 스프링 |
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10~15Hz |
차륜이 덜컹거리면서 튀어 오르는 듯한 느낌 |
Sprung mass, 충격흡수기, 타이어 |
세이크(shake) 진동
Shake의 정의
-. 자동차가 평탄한 도로를 비교적 고속으로 주행할 경우, 특정한 속도에 도달되면 차량 전체가 연속적으로 진동하는 현상
-. Shake는 주로 평탄한 도로에서 발생하기 때문에 승객에게 주는 불쾌감은 크지 않으 나 고속 주행이 많은 차량에서는 승차감에 상당한 악영향을 주는 요인이 될 수 있다.
-. Shake는 비교적 고속(승용차 70km/h 이상, 트럭 40km/h 이상)에서 발생하는
낮은 진동수의 차체 진동
▶ 현상(5~30Hz)
-Front shake : 프론트 바디, 계기판, 스티어링 휠의 상하진동
-
-좌우 진동(lateral Shake) : 차체 및 시트가 ‘브들브들’ ‘드르르’
하는 느낌으로 감지
주) 스티어링 휠에서 느껴지는 진동은 5~15Hz 정도
▶ 발생조건
- 고속도로와 같은 양로 주행시 중고속 특정 속도
▶ 발생원인 :
-. 타이어의 회전속도와 매우 밀접한 관계가 있다.
-. 차륜의 중량 불균형과 RFV(radial force variation)
shake 발생과정
•진동발생원
-. 타이어 및 휠
-. 드라이브 샤프트 : 구동축의 조인트 각이 크게 되면 가진력이 발생하고, 회전불평
형에 의해서도 진동이 발생
-. 브레이크 드럼, 디스크 로터 : 회전체의 불평형에 의해서 발생
•전달계•공진계
-. 현가계 :
-. 엔진 마운트 : 엔진 마운트가 노후화되어 있으면 동력기관 및 노면의 요철로 인한 진동전달이 확대된다.
•진동 부위
-. 차체 : 차량 전체가 진동
-. 조향계 : 스티어링 휠이 상하 좌우로 진동한다.
-. 시트(seat) : 시트의 진동이 감지된다.
-. 승용차 : floor, panel, 계기판 시트 등의 진동
-. 상용차 : 탑승공간의 전후, 좌우 진동 발생(프레임의 공진현상이 원인)
Shimmy 진동
Shimmy의 정의
-. Shimmy는 평탄한 도로를 주행할 경우, 특정 속도가 되면 스티어링 휠의 회전 진동을 유발하는 현상(5~30Hz)
-. 운전자에게 상당한 불안감을 주어서 차량 신뢰감을 크게 저하시킬 수 있다.
-. 저속 shimmy :
. 타이어 고유의 특성으로 발생하는 조향계의 진동
. 차륜은 킹핀 축만을 중심으로만 진동
. 50~60km/h에서 주로 발생. 진폭이 비교적 크다.
-. 고속 shimmy
. 차륜의 중량 불균형과 타이어 반경방향의 힘의 변화( RFV)로 인한 흔들임이 작용
. 조향계의 차륜은 킹핀축을 중심으로 진동할 뿐만 아니라, 전후방향의 진동을 수반
. 70~130km/h에서 발생
Shimmy 발생과정
발생원인 타이어와 휠의 진동이 스티어링 링케이지에 전달되어 발생
1)차륜의 중량 불평형에 의해 조향계를 진동하는 가진력이 발생
2)타이어 고유의 특성으로 인하여 진동이 확대
3)그외의 진동이 조향계의 고유 진동수에 접근하면 악화
상기 1항의 진동은 그다지 큰 진동이 아니며, 2~3)항이 운전자에게 더욱 민감한 항목
브레이크 진동(brake Judder)
브레이크 진동의 정의
-. 브레이크를 작동시킬 경우, 브레이크 드럼이 편심되어 있거나 엑셀 샤 프트 플랜지, 디스크 휠, 브레이크 드럼 등에 진동이 있을 때 브레이크
라이닝과 드럼 사이의 마찰력이 회전에 의해 변화
-. 이러한 마찰력의 변화가 브레이크의 유압회로를 통하여 브레이크 페달 의 맥동을 일으킨다.
-. 또한, 드럼에 가해지는 마찰력 변동에 의해여 타이어가 회전방향으로 진동하여 스티어링 너클 또는 후륜축이 상하방향으로 진동되어 현가장 치를 통해서 차체를 진동
주) 발생되는 진동크기가 커져 조작이 어려운 경우가 있다.
※ Brake Judder는 Shake와 같은 진동현상을 보인다.
▷ 진동전달과 공진 Mechanism동일
브레이크 발생현상 및 느낌
1)대시 패널, 스티어링 휠이 상하로 부들부들 떠는 느낌으로 진동
2)스티어링 휠이 좌우로 진동
3)브레이크 페달로부터 ‘트드득’하고 떠는 느낌의 진동이 발바닥에 전달
4)진동수는 5~30Hz이나, 진동의 크기는 shake보다 심한 경우가 대부분이다.
발생과정
발생원인 : 브레이크 작동시 마찰면의 변화현상으로 인한 강제진동이 원인
1)진동발생원
-. 브레이크 드럼 : 드럼의 진원불량, 일그러짐에 의해 마찰면에 진동이 발생
-. 브레이크 디스크 : 디스크 로터의 손상, 흔들림, 부식, 두께 변동에 의해 마찰면 에 진동이 발생. 디스크의 두께변화도 큰 원인이 될 수 있다.
2)전달계•공진계
-. 현가계 : 조향링크 및 현가계의 진동이 크게 확대
-. 차체 : 차체로 전달된 진동이 스티어링 휠에 전달
3) 진동부위
-. 조향계 : 스티어링 휠이 상하로 진동
-. 차체 : 차체 바닥(floor)이 진동
-. 브레이크 : 브레이크 페달이 맥동
Shimmy와 브레이크 진동의 연관성
-. 스티어링 휠에 나타나는 shimmy 진동과 브레이크 진동은 진동 모드가 스티어링 휠의 원주방향으로 동일하게 나타나며, 거의 진동수가 같거나 약간 차이 나는 정도이다.
-. Shimmy : 타이어/휠 회전수의 기본 주파수에서 공진하여 발생
-. 브레이크 진동 : 스티어링 휠의 진동은 타이어/휠의 진동수 및 그 2배수의 조화 성분 진동수에서 공진하여 나타난다.
-. 가진원으로 작용하는 타이어/휠의 불평형이나 브레이크 토크 변동의 진동수가
현가장치의 고유 진동수에 근접하거나 스티어링계쪽으로 진동 전달력이 큰 경우, 스티어링 휠에 나타나는 shimmy 및 브레이크 진동의 세기는 크게 나타난다. 진동의 가진원 및 진동 현상이 매우 유사하고 전달 메커니즘이 동일 하기 때문
엔진 시동시 진동(cranking vibration)
▶ 현상(5~15Hz)
- 차체 및 시트 떨림 ‘부르르’
▶ 발생조건
- 시동 on/off시
▶ 발생원인
▶ 정의
-. 차량이 정지된 상태에서 발생하는 차체 진동 현상
-. 진동 전달 특성은 엔진의 회전 잔동수가 차체의 구조강성, 크로스 멤버, 스티어링 휠 및 머플러의 고유 진동수와 일치하게 되면 공진을 일으켜서 공회전 진동레벨을 높이는 결과를 유발한다.
▶ 현상
-. 시트나 스티어링 휠 상하방향 떨림 ‘부르르’
-. 연속 또는 단속적인 차체 떨림 ‘부르르’
▶ 발생원인
: 엔진의 롤링에 의해 진동 발생
-엔진 가진력 rpm과 엔진 진동 모드 연성
-엔진의 토크 변동 과다
-엔진 마운트 진동 절연율 부족
-배기계의 공진
공회전 진동 전달 계통
※ 승용차의 경우 idle rpm 영역에서
차체 굽힘(전단, 단순) 고유진동수가 존재하여 공회전 진동이 심한 경우가 많다.
공회전 진동 범위
-. 공회전 진동은 1~2mm의 작은 변위에 의한 진동소음현상
-. 그,외 shock이나 jerk등은 10~15mm내외의 대변위 진동
Idle surge 진동
-. 공회전시 간헐적(1~2초 또는 3~4 초 간격)으로 5~13Hz의 진동수 영역에서 차체 전체를 전후 방향으로 “툭툭” 치는 듯한 느낌이 발생되는 현상
-. 발생원인
. 엔진 회전수의 0.5차 성분이 가진력이 되기 때문
. 0.5차 성분은 각 기통간의 폭발차이점으로 발생하며, 600rpm일 경우 5Hz에
해당된다.
기어 Shift lever 잔 진동
▶ 현상
- 변속시 손으로 느껴지는 Gear shift lever의 진동
▶ 발생원인
- Lever와 엔진 진동의 공진
Propeller shaft 발진시 진동
▶ 현상(30~60Hz)
-. 출발시 발생되는 Floor, 시트의 상하진동
▶ 발생원인
-. Propeller shaft joint의 굽어진 각에 의한 2차 우력과 Propeller 샤프트 센터 베어링 브라켓트의 공진
-. 엔진의 강체진동(Pitching, Bouncing)
저크(jerk) 현상
-. 차량 주행시 가속 페달의 급격한 조작으로 인한 급가속 또는 변속시에 발생하는 차량 전후 방향의 진동현상
-. 운전자 및 탑승자는 주행이 원활하지 못하다는 느낌을 받게 되어 상당한 불쾌감 을 느끼게 된다.
-. 원인 : 급가속 및 변속시 엔진에서 발생되는 토크변화의 과도 현상
와인드업(wind up) 진동
-. 수동변속기 차향에서 낮은 속도로 주행하다가 높은 기어 변속을 한 상태에서 가속 할 때 차체가 심하게 진동하는 현상
-. 실내에서도 심각한 소음이 발생
-. 원인 : 엔진에서 발생되는 회전력과 차량의 주행 요구 회전력의 차이가 크게 발생 하여 심각한 토크 변동이 유발되기 때문
-. 전달경로 : 구동축,차축 및 현가계
클러치 저더(clutch judder)
-. 수동변속기 차량에서 발생
-. 출발할 경우나 저속에서 변속에 따른 클러치 조작과 동시에 가속하는 경우에 차체에서 느껴지는 차량 전후 방향의 격렬한 진동현상
-. 구동력 전달과정에 발생하는 비틀림 진동현상과 클러치의 전달특성 간에 발생
하는 진동현상이 복합적인 원인
-. 방지법 :
클러치 디스크의 비틀림 강성과 감쇠 스프링 등의 개선
2중 질량 플라이 휠의 채택
-. 클러치 연결상태에서 발생할 수 있는 크리핑(creeping)현상도 차량의 전후방향 진동을 유발할 수 있다.
크리핑 : 수동변속기 차량이 매우 정체된 도로에서 공회전에 가까운 엔진 회전수
로 가속페달의 조작없이 주행하는 경우에 발생되는 진동현상