자동차의 소음발생 부위별 특성

소음 공해 중에서도 큰 원인이 되고 있는 것은 차랴에서 발생하는 소음이다. 차량에서 발생하는 소음으로는 엔진 발생음, 머플러 및 타이어 발생음 등을 들 수 있고, 그 중 엔진과 동력 전달 장치 및 냉각 팬 등과 같이 엔진룸에서의 발생음은 주요 소음 발생원이 되고 있으므로, 우선적으로 그 대책을 마련하는 것이 필요하다. 엔진을 포함한 엔진룸에서 발생하는 소음이 차량 전체 소음 발생의 60%이상을 차지하고 있으므로, 이곳에서 발생하는 소음 및 진동을 저감하고, 또한 차 실내에 전달되지 않도록 하는 것이 중요한 과제이다.

저속 및 중속 부밍(Booming)

45km/h이하의 속도에서 가속시 발생되며 속도가 올라가면서 멈춘다.

공회전시 발생하는 경우도 있지만 진동이 심한 편은 아니고 속도가 높지 않은 30∼40km/h상태에서 고속 기어를 넣고 가속시 발생되는 소음으로, 엔진에서 발생된 토크가 트랜스미션을 통해 프로펠러 샤프트로 전달되고 다시 드라이브 파니언ㆍ링기어ㆍ액슬 샤프트를 통해 타이어로 전달되면서 타이어에 구동 토크가 작용한다.

엔진으르부터 전달되는 구동 토크가 타이어에 전달되면 반동에 따른 발력도 변화하고 스프링의 변형이 발생하여 진동이 나타난다. 판스프링이 공진하면 진동은 계속 커지면서 차체에 전달되어 저속 부밍(Booming)이 발생된다.

또한, 자동차 배기음은 대체로 머플러에 의해 음이 소거되지만, 저음은 음향 파워가 크기 때문에 제거되기가 어려워 배기음이 차체 바닥을 통해 실내에 들어와 저속 부밍(Booming)을 일으킨다. 엔진의 아이들시 발생되는 소음의 대부분이 배기음에 의한 부밍(Booming)이다.

고속 부밍((Booming)

고속 부밍은 100km/h에서 가ㆍ감속, 정속 어떤 경우라도 발생되며 특정 엔진 회전수 또는 특정 차속에 도달하면 결정적으로 발생되고, 그 외의 차속에서는 발생하지 않는다.

발생 차속의 범위는 피크 차속의 전후 5km/h정도이며, 특히 엔진 회전수와 관련이 있을 때에는 엔진의 회전수를 천천히 변화시키지 않는 한 발생 범위를 바로 통과하기 때문에 느끼지 못하는 경우가 있다.

그 원인으로는 엔진의 진동이 마운트를 통해 차체에 전달되면서 공진에 의해 발생되거나, 배기음이 차체 바닥 등에 전달되어 실내에 소음이 전달되거나, 엔진 진동에 의해 배기 파이프가 공진을 일으켜 머플러의 클램프를 통하여 차체에 전달되거나, 에어 클러니가 하나의 공명 상자가 되어 낮은 공명음이 실내로 들어온다. 또 프로펠러 샤프트에 조인트 각이 있다면 전달 토크의 변화를 일으킨다.

이 토크의 변화가 가진력이 되어 구동계를 가진한다. 이 진동에 의하여 리어 액슬 등이 공진하면 보다 큰 진동이 발생되어 차체에 들어가 부밍(Booming)이 된다. 그 외 타이어의 불균일, 판스프링, 리어 서스펜션 등에 의해 부밍(Booming)이 발생될 수 있다.

 

비트 노이즈(Beat Noise)

엔진을 특정 회전수로 회전시켰을 때 주파수가 전혀 다른 두 개의 음이 발생되어 두 개의 주파수 위상이 일치하였을 때 음이 커지고 위상이 불일치하였을 때 작아진 음이 발생되는 것으로서, 토크 컨버터의 미끄러짐이 생겼을 때 엔진의 진동 주파수와 일치할 때 발생한다.(예: 토크 컨버터는 유체계수로 엔진에 직결되어 있다. 펌프임펠러 축과 뒤축에 연결되는 터빈 사이의 토크 전달은 자동변속기 오일에 의해 행해진다. 이 때문에 이 양자 사이에는 반드시 컨버터 슬립(회전수의 차)이 발생한다. 이 것이 비트음 발생 원인이 된다)

하쉬니스(Harshness)

자동차가 도로 연결부나 비교적 큰 요철이 있는 부분을 통과할 때 발생되는 단발의 쇼크음을 '하쉬니스라'고 한다.

30∼50km/h의 저속에서는 낮은 쇼크음과 동시에 30∼60Hz의 스티어링 휠, 시트 및 차체 바닥에 강한 충격으 ㄹ느끼지만, 고속 도로에서 고속 주행시 200Hz의 비교적 높은주파수의 쇼크음이 발생된다.

하쉬니스는 바이어스 타이어가 주류일 때에는 거의 문제가 되지 않았으나, 접촉면이 평평한 래디얼 타이어가 보급되면서 문제가 되고 있다.

래디얼 타이어가 비틀림 모드에서 고유 진동수가 30Hz로 노면의 단차를 통과한 후 50km/ h이하에서 상하 및 전후 방향으로 큰 충격력을 나타내고 있어 트레부의 강성을 낮추는 것이 요구되나, 트레부의 강성을 낮추면 조종 안정성ㆍ고속 내구성ㆍ내마모성 등이 낮아져 하쉬니스를 개선하기 위해서는 서스펜션의 진동 특성도 포함하여 고려해야 한다.

로드 노이즈(Road Noise)

차량이 거친 노면을 주행할 때 노면의 가진에 의해 전달 경로인 타이어와 서스펜션을 통하여 자동차의 실내로 소음이 전달된다.

로드 노이즈는 타이어나 서스펜션의 공진에 의해 발생되는 저주파 성분의 저속 부밍(Boo ming)과 타이어 패턴에 의한 600Hz 이상의 고주파 성분으로 나뉘어 진다.

서스펜션을 구성하는 링크류의 고유 주파수가 노면에 의한 가진 주파수나 차체 패널의 고유 주파수와 일치하여 공진을 일으키거나 부쉬류의 진동 절연이 나빠서 소음이 발생된다.

윈드 노이즈(Wind Noise)

차량 주행시 실내 소음은 속도가 50∼100km/h 영역에서는 엔진 소음 외에 타이어와 도로 소음이 주로 문제가 되나, 100km/h이상의 속도에서는 타이어와 도로 소음보다 외부 공기에 대한 윈드 노이즈가 부각되면서 실내 소음에 영향을 주게 되며, 이러한 윈드 노이즈는 크게 풍절음과 흡출음으로 구분된다.

풍절음은 안테나와 언더 바디(Under Body)처럼 공기가 차량과 부딪히면서 발생하는 소리를 말하며, 흡출음은 차량의 틈새를 통한 공기의 유동에 의해 발생되는 소리를 말한다.

 

파워 트레인

엔진이 차량에 탑재될 때 트랜스미션(혹은 트랜스 액슬)과 트라이브 샤프트에 결합되어

파워 트레인으로 조립이 되는데 엔진에 없는 진동이 발생한다. 특히 엔진과 트랜스 액슬

의 결합강성에 의해 엔진의 진동수(약 500Hz 이상)보다 휠씬 낮은 영역에서 굽힘 진동이 발생된다.

이 진동은 엔진 마운트를 통하여 차 실내로 전달되며 실내 소음에 영향을 준다. 특히 소형 엔진의 경우 발생 토크보다 허용 토크가 훨씬 큰 트랜스 액슬과 조합이 되는 경우가 있어 방사 소음보다 더 큰 문제를 야기시키고 있다. 심한 경우 1차 굽힘 진동 주파수가 120Hz

부근까지 나타나기도 한다.

흡  기  계

특정의 엔진이 신차종에 적용이 될 경우 흡기계의 개발이 필요하게 된다. 차량 개발에서

제일 먼저 고려의 대상이 되는 외부 형상의 디자인과 변해 가는 안전 규격을 맞추기 위한 전반부 구조 변경으로 흡기계의 배치가 달라지므로 완전히 다른 시스템으로 개발이 되어

야 한다.

흡기계는 클린 사이드(Clean Side)ㆍ에어 클리너 박스(Air Clean Box)ㆍ더티 사이드(Dirty Si de)로 나뉘어 지는데, 기본 형상의 변경은 더티 사이드만 가능하며 에어 클리너 박스이 경우에는 내부 구조 밖에는 변경의 여지가 없다. 흡기계 설계는 전문 프로그램을 사용하여 설계안을 도출하여 적용된다.

배  기  계

차량의 전 개발 과정의 가장 난제 중의 하나로서, 아직까지는 순수 국내 기술로 개발하지 못한 취약한 부분 중의 하나이다.

보통 배기계는 이를 전문적으로 생산하는 업체에서 개발이 이루어지고, 자동차 업계는 이의 '사인(Sign-Off)' 정도만을 수행해 왔었으나, 최근에는 시험과 해석을 병행하여 최적화 기법을 서서히 적용해 나가고 있다.

배기계가 실내 소음에 영향을 미치는 요소로는 음향적인 문제 이외에도 진동에 의한 가진이 문제가 되고 있다. 중형 승용차의 배기계의 중량은 대략 30kg이다. 따라서 배기계가 차체에 미치는 진동 효과는 크다고 할 수 있다.

진동을 줄이기 위하여 진동 흡진기(Vibration Absorber, 혹은 다이나믹 댐퍼)를 사용하거나, 행거(Hanger)의 위치 변경이 필요하다. 그러나 대개 언더 플러워(Underfloor)의 배치 에 의해 변경이 자유롭지 못해 이는 적절한 대책이 되지 못하고 있다.

따라서 행거 러버(Hanger Rubber)의 재설계를 통한 진동 절연이 최선이라 할 수 있다. 이와는 별도로 브라켓의 진동이 문제가 되는 경우에는 브라켓의 강성 보강을 통해서 개선을 하고 있다.

타  이  어

타이어 소음은 타이어 패턴과 도로면의 마찰로 인해 발생하며, 도로면의 상태에 따라 노

이즈 레벨이 달라지는데 타이어의 소음은 70km/h이상 고속 주행시 소음이 심하게 발생된다.

타이어의 주소음원은 트레드면의 진동, 몸체(carcass) 진동, 패턴 에어 펌핑(Pattern Air P umping)등이다. 상기 소음원의 기여도는 타이어의 구조와 종류에 따라 다르나 타이어 벽(shell)의 진동과 패턴 그루브(Groove)의 에어 펌핑(Air Pumping) 작용이 소음에 지배적이다.

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