KR101526981B1

KR101526981B1 - 차량용 다이나믹 댐퍼

Info

Publication number: KR101526981B1
Application number: KR1020130156931A
Authority: KR
Inventors: 한기석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-09
Anticipated expiration: 2033-12-17

Abstract

본 발명은 차량의 드라이브 샤프트 상에 설치되어 진동을 흡수하는 차량용 다이나믹 댐퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 드라이브 샤프트의 외주면에 둘레를 따라 공간부가 형성된 상태로 결합되는 원통형의 고무댐퍼, 상기 고무댐퍼의 내주면에 둘레를 따라 결합되어 고무댐퍼로부터 전달되는 진동을 흡수하는 매스댐퍼 및 상기 고무댐퍼의 공간부로부터 매스댐퍼를 관통하여 고무댐퍼의 외주면까지 연장되는 관통부를 포함하는 것을 특징으로 하여, 하나의 다이나믹 댐퍼만으로도 반공진 문제를 개선할 수 있어 차량의 중량 및 생산원가가 절감되며, 환경변화 및 발생 주파수에 대응하여 능동적으로 손실계수가 변경되어 차량의 소음·진동 특성을 개선시키는 차량용 다이나믹 댐퍼에 관한 것이다.

Description

차량용 다이나믹 댐퍼{DYNAMIC DAMPER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 드라이브 샤프트 상에 설치되어 진동을 흡수하는 차량용 다이나믹 댐퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고무댐퍼의 공간부로부터 매스댐퍼를 관통하여 고무댐퍼의 외주면까지 연장되는 관통부 및 상기 관통부의 상단에 개폐 가능하도록 결합되는 차단부를 포함하여 차속에 따라 공기가 관통부를 통해 선택적으로 유동 가능하도록 하는 차량용 다이나믹 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 변속기와 바퀴 사이에 드라이브 샤프트가 설치되며, 엔진의 구동력을 변속기를 통해 증감시킨 다음 드라이브 샤프트를 통해 바퀴로 전달하여 차량을 추진시키게 된다.

그러나 단순히 변속기를 통해 증감시킨 엔진의 구동력을 드라이브 샤프트를 통해 차량의 바퀴로 전달하면 지면상태에 따른 좌ㆍ우 바퀴의 마찰력 차이 및 차량의 회전시 발생하는 좌ㆍ우 바퀴의 회전수 차이로 인해 차량의 조향 안전성이 저하된다.

이를 보정하기 위해 드라이브 샤프트와 변속기 사이에는 좌ㆍ우 바퀴의 회전수를 조절하는 차동장치가 설치되어 고르지 못한 도로를 주행하거나 선회주행을 할때 조향성을 향상시키며 안전한 주행이 가능하도록 하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 드라이브 샤프트(1)는 차폭방향으로 설치되어 바퀴로 동력을 전달하며, 상기 드라이브 샤프트(1)의 양단에는 등속으로 동력을 전달하는 등속 조인트(2)가 결합된다.

상기와 같은 드라이브 샤프트에는 회전 속도의 불균형 등으로 인해 진동이 발생될 수 있으며, 이러한 진동은 서스펜션을 통해 차량 내부로 전달되어 차량 전체에 소음 및 진동을 발생시키는 원인이 된다.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 드라이브 샤프트(1)에는 다양한 형태의 다이나믹 댐퍼(3)가 결합되어 드라이브 샤프트(1)의 공진으로 인한 소음 및 진동을 저감시키고 있다.

다이나믹 댐퍼는 대부분 드라이브 샤프트 상에 직접 장착 또는 삽입되며, 일정한 진동 주파수를 발생시켜 드라이브 샤프트의 진동 에너지를 흡수(소거)하는 방식으로 작동된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 차량용 다이나믹 댐퍼(3)는, 드라이브 샤프트(1)의 외주면에 결합되는 원통형의 고무댐퍼(4) 및 상기 고무댐퍼(4)의 내주면에 장착되는 매스댐퍼(5)로 구성된다.

상기 고무댐퍼(4)는 드라이브 샤프트(1)로부터 발생되는 진동을 매스댐퍼(5)로 전달하는 역할을 하고, 상기 매스댐퍼(5)는 드라이브 샤프트(1)의 고유진동을 흡수하여 진동됨으로써 드라이브 샤프트(1)의 진동 및 소음을 저감시키는 역할을 한다.

그러나 종래 차량용 다이나믹 댐퍼는, 그 감쇠값이 낮아 반공진 현상이 발생되고, 이러한 반공진 현상에 대응하기 위해 반공진 주파수로 튜닝된 다이나믹 댐퍼를 추가로 설치하고 있다.

즉, 종래 차량용 다이나믹 댐퍼는 드라이브 샤프트 상에 2개 이상 설치되어야 하고, 이에 따라 차량의 중량 및 생산원가가 상승되며 조립시간 및 조립공수가 증대되는 문제점이 있다.

또한, 종래 차량용 다이나믹 댐퍼는 환경변화 및 발생 주파수에 무관하게 동일한 손실계수를 가지므로 반공진 현상이 발생하였을 때 적절히 대응할 수 없다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 하나의 다이나믹 댐퍼만으로도 반공진 문제를 개선할 수 있어 차량의 중량 및 생산원가가 절감되며, 환경변화 및 발생 주파수에 대응하여 능동적으로 손실계수가 변경되어 차량의 소음·진동 특성을 개선시키는 차량용 다이나믹 댐퍼를 제공하고자 함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 차량의 드라이브 샤프트 상에 설치되어 진동을 흡수하는 차량용 다이나믹 댐퍼에 있어서, 상기 드라이브 샤프트의 외주면에 둘레를 따라 공간부가 형성된 상태로 결합되는 원통형의 고무댐퍼(rubber damper); 상기 고무댐퍼의 내주면에 둘레를 따라 결합되어 고무댐퍼로부터 전달되는 진동을 흡수하는 매스댐퍼(mass damper); 및 상기 고무댐퍼의 공간부로부터 매스댐퍼를 관통하여 고무댐퍼의 외주면까지 연장되는 관통부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼에서 상기 관통부는, 내부로 공기가 드나들 수 있도록 형성된 원통형의 관로; 및 상기 관로의 상단에서 반지름 방향으로 연장되는 환형의 입구부; 를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼는, 상기 관통부의 상단에 개폐 가능하도록 결합되어 관통부를 통해 유동되는 공기의 흐름을 조절하는 차단부; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼에서 상기 차단부는 원판 형태의 고무 재질로 이루어지고, 상기 차단부의 중앙에는 십자(十) 형태의 절개부가 형성되는 것이 바람직하다.

나아가, 공진대역에서 상기 매스댐퍼의 진동이 증가되는 경우, 공간부에 충진된 공기는 차단부가 개방됨에 따라 관통부를 통해 외부로 배출되고, 반공진대역에서 상기 매스댐퍼의 진동이 감소되는 경우, 공간부에 충진된 공기는 차단부가 폐쇄됨에 따라 관통부를 통해 외부로 배출되지 않는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 고무댐퍼의 공간부로부터 매스댐퍼를 관통하여 고무댐퍼의 외주면까지 연장되는 관통부를 구비하여 공기가 드나들 수 있도록 함으로써, 다이나믹 댐퍼의 반공진 현상을 방지하는 것이다.

또한, 드라이브 샤프트 상에 하나의 다이나믹 댐퍼만 사용하여 반공진 현상을 방지할 수 있으므로 차량의 중량 및 생산원가가 절감되고 조립공수 및 조립시간이 절감되는 효과가 있다.

나아가, 관통부의 상단에 선택적으로 개폐되는 차단부를 결합하여 발생 주파수에 따라 능동적으로 다이나믹 댐퍼의 손실계수가 변경됨으로써, 차량의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 성능이 현저히 개선되는 효과가 있다.

도 1은 종래 차량용 다이나믹 댐퍼가 장착된 드라이브 샤프트의 모습을 도시한 개략도.
도 2는 종래 차량용 다이나믹 댐퍼의 내부 모습을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼의 내부 모습을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 관통부와 차단부가 결합되는 모습을 도시한 조립 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼에서 차단부가 개방된 모습을 도시한 절개 사시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼에서 차단부가 폐쇄된 모습을 도시한 절개 사시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼의 손실계수를 해석하여 도시한 도표.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼(100)는, 드라이브 샤프트(10)의 외주면에 둘레를 따라 공간부(22)가 형성된 상태로 결합되는 원통형의 고무댐퍼(rubber damper, 20), 상기 고무댐퍼(20)의 내주면에 둘레를 따라 결합되어 고무댐퍼(20)로부터 전달되는 진동을 흡수하는 매스댐퍼(mass damper, 30) 및 상기 고무댐퍼(20)의 공간부(22)로부터 매스댐퍼(30)를 관통하여 고무댐퍼(20)의 외주면까지 연장되는 관통부(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다이나믹 댐퍼(100)의 내부 모습을 도시한 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 드라이브 샤프트(10)는 바퀴에 구동력을 전달하는 전달장치로써, 고무댐퍼(20)는 상기 드라이브 샤프트(10)의 외주면을 둘러싸며 결합된다.

상기 고무댐퍼(20)는 그 양측에 함몰 형성된 고정부(28)를 통해 드라이브 샤프트(10)에 고정되고, 고무댐퍼(20)의 중앙부는 반지름 방향으로 절곡되어 드라이브 샤프트(10)와의 사이에 일정한 공간부(22)를 두고 있다.

즉, 상기 고무댐퍼(20)는 외부에서 보았을 때 중앙 부분이 볼록하게 돌출된 이중 튜브의 형태로 형성된다.

상기 고정부(28)는 고무댐퍼(20)의 외주면을 따라 환형으로 함몰되어 형성되고, 상기 고정부(28)가 밴드 형태의 체결부재(미도시)로 단단히 조여짐에 따라 고무댐퍼(20)와 드라이브 샤프트(10)가 고정된다.

도시된 실시예에서 상기 고무댐퍼(20)는 후술되는 매스댐퍼(30)를 기준으로 안쪽에 드라이브 샤프트(10)와 평행한 방향으로 배치되는 제 1 고무댐퍼(24) 및 매스댐퍼(30)를 기준으로 바깥쪽에 드라이브 샤프트(10)와 평행한 방향으로 배치되는 제 2 고무댐퍼(26)로 이루어진다.

즉, 상기 제 1 고무댐퍼(24)와 드라이브 샤프트(10) 사이의 밀폐된 공간이 공간부(22)가 되고, 도시된 실시예에서 상기 공간부(22)는 사다리꼴 형태의 단면을 가지게 된다.

상기 고무댐퍼(20)는 고무 등 탄성력을 가진 탄성 소재로 형성되고, 드라이브 샤프트(10)로부터 발생되는 진동을 후술되는 매스댐퍼(30)로 전달하는 역할을 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고무댐퍼(20)의 내부면에는 둘레를 따라 매스댐퍼(30)가 결합되고, 상기 매스댐퍼(30)는 원통형으로 형성되며 드라이브 샤프트(10)의 외주면과 일정한 간격만큼 이격되어 배치된다.

구체적으로 상기 매스댐퍼(30)는 제 1 고무댐퍼(24)의 외주면과 제 2 고무댐퍼(26)의 내주면 사이에 배치되며, 상기 제 1 고무댐퍼(24) 및 제 2 고무댐퍼(26)는 매스댐퍼(30)를 완전히 감쌀 수 있도록 배치된다.

상기 매스댐퍼(30)는 금속 등 일정한 질량을 가진 질량체로 형성되고, 전술한 바와 같이 고무댐퍼(20)로부터 전달된 진동을 드라이브 샤프트(10)의 진동을 흡수하는 역할을 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 관통부(40)는 상기 고무댐퍼(20)의 공간부(22)로부터 제 1 고무댐퍼(24), 매스댐퍼(30) 및 제 2 고무댐퍼(26)를 차례로 관통하여 고무댐퍼(20)의 외부까지 연장된다.

즉, 상기 관통부(40)는 고무댐퍼(20)의 내부와 외부를 연결하여 공간부(22)에 충진된 내부공기를 유동시키는 장치로써, 다이나믹 댐퍼(100)의 손실계수를 능동적으로 변경시키는 역할을 한다.

손실계수란 초음파가 매질 속을 전파할 때 진폭이 작아지는 정도를 나타내는 계수로써, 감쇠력의 수준을 나타내는 지표이며 손실계수가 클수록 감쇠력이 높아져 진동 및 소음 저감 특성이 좋아지게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 관통부(40)와 차단부(50)가 결합되는 모습을 도시한 조립 사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 관통부(40)는 내부로 공기가 드나들 수 있도록 형성되는 원통형의 관로(42) 및 상기 관로(42)의 상단에서 반지름 방향으로 연장되는 환형의 입구부(44)를 포함하여 구성된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 관로(42)는 고무댐퍼(20)의 공간부(22)로부터 고무댐퍼(20)의 외주면까지 연장되며 그 내부로 공기가 드나들 수 있도록 원통형의 파이프로 형성된다.

상기 입구부(44)는 관로(42)의 상단 즉, 고무댐퍼(20)를 기준으로 보았을 때 고무댐퍼(20)의 안쪽부분에 배치되고, 입구부(44)는 관로(42)의 상단에서 반지름 방향으로 바깥쪽으로 연장되어 형성된다.

구체적으로 상기 입구부(44)의 내경은 관로(42)의 직경과 동일하게 형성되고 입구부(44)의 외경은 관로(42)의 직경보다 상대적으로 크게 형성되는 것이 바람직하다.

도시된 실시예에서 상기 관로(42) 및 입구부(44)를 포함하는 관통부(40)는 전체적으로 원통형으로 형성되어 있지만, 차량의 종류, 다이나믹 댐퍼(100)의 형상, 발생되는 진동주파수의 차이 등에 따라 직육면체형, 다수의 이격된 판형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

또한, 마찬가지로 도시된 실시예에서 상기 관로(42) 및 입구부(44)를 포함하는 관통부(40)는 다이나믹 댐퍼(100)에 하나만 설치되어 있지만, 차량의 종류, 발생되는 진동주파수의 차이 등에 따라 다이나믹 댐퍼(100)에 다양한 배치로 다수 설치될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 관통부(40)의 상단에는 개폐 가능하도록 형성된 차단부(50)가 결합되어 관통부(40)를 통해 유동되는 공기의 흐름을 조절하는 역할을 한다.

상기 차단부(50)는, 드라이브 샤프트(10)의 진동에 따라 전기적 신호를 발생시키고 전기적 신호에 따라 개방 또는 폐쇄되는 방식으로 작동되는 전기적 방식의 차단부 또는 드라이브 샤프트(10)의 진동에 따라 다이나믹 댐퍼(100)가 진동되어 물리적인 힘에 의해 개방 또는 폐쇄되는 방식으로 작동되는 기계식 방식의 차단부로 크게 나누어질 수 있다.

기계식 방식의 차단부는 전기적 방식의 차단부보다 상대적으로 고장의 우려가 적으며 그 구조가 간단하여 조립공정이 단순화되고 조립시간 및 조립공수가 절감되는 장점이 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차단부(50)는 중앙에 십자(十) 형태의 절개부(52)가 형성된 원판 형태의 고무로 이루어지는 기계식 방식의 차단부인 것이 바람직하다.

구체적으로 상기 차단부(50)는 원판의 테두리를 형성하며 관통부(40)의 상단과 결합되는 테두리부(54) 및 원판의 중앙에 배치되며 개폐 가능한 개폐부(56)로 구성된다.

상기 테두리부(54)는 환형으로 형성되어 개폐부(56)의 외부에 배치되며, 상기 개폐부(56)에는 십자 형태로 절개부(52)가 형성되어 개폐부(56)를 4 부분으로 구획한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 테두리부(54)는 관통부(40)에 형성된 입구부(44)의 상부면과 결합되고, 상기 테두리부(54)와 입구부(44)는 본드에 의해 접착되는 것이 바람직하다.

도시된 실시예에서 상기 테두리부(54)의 내경은 입구부(44)의 내경보다 상대적으로 크게 형성되고, 상기 테두리부(54)의 외경은 입구부(44)의 외경보다 상대적으로 작게 형성된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼(100)에서 차단부(50)가 개방된 모습을 도시한 절개 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼(100)에서 차단부(50)가 폐쇄된 모습을 도시한 절개 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 차량이 주행하여 공진대역(드라이브 샤프트(10)가 약 128 Hz 내지 138 Hz 로 진동되는 구간)에 진입하면 다이나믹 댐퍼(100)의 진동이 커지며 매스댐퍼(30)의 진동도 증가되고, 매스댐퍼(30)의 진동에 따라 차단부(50)도 진동되어 개방된다.

따라서, 차단부(50)가 개방됨에 따라 공간부(22)에 충진된 내부공기가 유동되고 감쇠 피크 주파수가 상승되어 목표 주파수의 감도를 상향시키며 진동 및 소음은 저감된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 반공진대역(드라이브 샤프트(10)가 약 114 Hz 내지 126 Hz 로 진동되는 구간)의 경우 다이나믹 댐퍼(100)의 진동이 감소되며 매스댐퍼(30)의 진동도 감소되고, 매스댐퍼(30)의 진동이 감소됨에 따라 차단부(50)는 폐쇄된다.

따라서, 차단부(50)가 폐쇄됨에 따라 공간부(22)에 충진된 내부공기가 유동되지 못하고 감쇠 피크 주파수가 하향되어 반공진대역 주파수의 감도를 상향시키며 진동 및 소음은 저감된다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼(100)의 손실계수를 해석하여 도시한 도표이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 종래 차량용 다이나믹 댐퍼(도 1의 3)는 주파수에 무관하게 약 0.3 내지 약 0.4 정도의 동일한 손실계수를 가져 반공진 현상 발생시 대응이 불가능하다.

그러나 본 발명의 실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼(100)는, 공진대역의 경우 전술한 바와 같이 차단부(50)가 개방되어 공기가 유동됨에 따라 감쇠 피크 주파수가 높아져 공진대역의 감도를 좋게 하고, 반공진대역의 경우 차단부(50)가 폐쇄되어 손실계수 피크 주파수가 낮아져 반공진대역의 감도를 좋게 하는 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 다이나믹 댐퍼(100)는, 주파수에 대응하여 능동적으로 손실계수가 변경됨으로써 반공진 현상을 제거하여 차량의 NVH 성능 향상에 현저히 기여하는 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 드라이브 샤프트
20 : 고무댐퍼
22 : 공간부
24 : 제 1 고무댐퍼
26 : 제 2 고무댐퍼
28 : 고정부
30 : 매스댐퍼
40 : 관통부
42 : 관로
44 : 입구부
50 : 차단부
52 : 절개부
54 : 테두리부
56 : 개폐부
100 : 다이나믹 댐퍼

Claims

차량의 드라이브 샤프트 상에 설치되어 진동을 흡수하는 차량용 다이나믹 댐퍼에 있어서,
상기 드라이브 샤프트의 외주면에 둘레를 따라 공간부가 형성된 상태로 결합되는 원통형의 고무댐퍼(rubber damper);
상기 고무댐퍼의 내주면에 둘레를 따라 결합되어 고무댐퍼로부터 전달되는 진동을 흡수하는 매스댐퍼(mass damper);
상기 고무댐퍼의 공간부로부터 매스댐퍼를 관통하여 고무댐퍼의 외주면까지 연장되는 관통부; 및
상기 관통부의 상단에 개폐 가능하도록 결합되어 관통부를 통해 유동되는 공기의 흐름을 조절하는 차단부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 다이나믹 댐퍼.
제 1 항에 있어서, 상기 관통부는,
내부로 공기가 드나들 수 있도록 형성된 원통형의 관로; 및
상기 관로의 상단에서 반지름 방향으로 연장되는 환형의 입구부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 다이나믹 댐퍼.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 차단부는 원판 형태의 고무 재질로 이루어지고,
상기 차단부의 중앙에는 십자(十) 형태의 절개부가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 다이나믹 댐퍼.
제 1 항에 있어서,
공진대역에서 상기 매스댐퍼의 진동이 증가되는 경우, 공간부에 충진된 공기는 차단부가 개방됨에 따라 관통부를 통해 외부로 배출되고,
반공진대역에서 상기 매스댐퍼의 진동이 감소되는 경우, 공간부에 충진된 공기는 차단부가 폐쇄됨에 따라 관통부를 통해 외부로 배출되지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 다이나믹 댐퍼.