자동차 NVH 테스트 및 분석: 진동 분석의 중요성(The “Vibration” of NVH Testing and Analysis in Automotive, 진동시험기, Shaker, Vibration Tester)

 

목차

 

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자동차 NVH 테스트 및 분석: 진동 분석의 중요성

 

자동차 제조업체는 차량 성능을 최적화하고 승객의 편안함을 유지하기 위해 소음, 진동 및 거칠기(NVH) 테스트를 수행합니다. 이 중에서도 진동 분석은 NVH 테스트의 중요한 요소 중 하나입니다. 진동은 부품의 피로를 유발할 뿐만 아니라, 고주파 소음을 발생시키고 물리적 불편함을 초래할 수 있습니다. 따라서 진동 테스트는 실제 환경을 시뮬레이션하고 사용자의 경험에 영향을 미칠 수 있는 문제를 조기에 식별하는 데 필수적입니다.

 

 

 

NVH 테스트 솔루션

 

NVH 테스트에는 다양한 방법이 포함됩니다. 진동을 연구할 때 엔지니어들은 일반적으로 운동 중인 물체에 의해 생성되는 기계적 소음을 분석합니다. 이러한 진동 테스트 솔루션은 실제 환경을 모사하고, 공진 주파수와 같은 진동 특성을 식별하는 것을 목표로 합니다.

 

 

진동 테스트(Vibration Test)

진동 테스트 제어 시스템은 셰이커(진동시험기, Shaker, Vibration Tester) 테이블을 사용하여 구성 요소를 평가하고 실제 환경을 시뮬레이션합니다. NVH 테스트 계획은 소음을 격리하기 위해 음향실에서 진동 테스트를 포함할 수 있으며, 이때 테스트 시스템이 소음을 방해하지 않도록 조용히 작동해야 합니다. 또한 정확한 테스트 결과를 얻기 위해 냉각 시스템과 센서와 같은 적절한 보조 장비를 선택하는 것이 중요합니다.

 

실험실에서 실제 환경을 정확하게 시뮬레이션하려면 기록된 데이터를 바탕으로 진동 테스트 프로파일을 개발하는 것이 표준 프로파일을 사용하는 것보다 더 현실적인 결과를 얻을 수 있습니다.

 

 

공진 (Resonance)

공진은 외부 힘이 구성 요소의 고유 주파수와 같은 주파수로 진동할 때 발생하며, 이는 진동 진폭을 증폭시킵니다. 공진은 부품의 파손을 유발할 수 있는 주요 요인이므로 개발 초기에 공진 주파수를 식별하는 것이 중요합니다.

 

엔지니어들은 공진 주파수에서 테스트를 실행하여 부품의 최대 피로도를 측정하고, 음향 테스트 엔지니어들은 공진 주파수에서의 극단적인 진폭 수준을 시뮬레이션하여 소음 발생 가능성을 평가할 수 있습니다.

 

 

 

모달 테스트 (Modal Testing)

VRC사의 모달 시험기

 

NVH 테스트는 컴퓨터 지원 설계(CAD) 또는 모델링을 포함하는 경우가 많습니다. 모달 분석은 구성 요소의 변형 패턴을 맵핑하고 테스트 데이터를 사용하여 입력 응답을 시뮬레이션합니다. 모달 테스트 데이터는 감쇠 및 고유 주파수와 같은 정보를 제공하여 NVH 패턴을 예측하는 데 유용합니다.

 

 

현장 데이터 기록(Field Data Recording)

실험실에서 진동 제어를 수행하거나 디지털 모델을 생성할 때, 현장 데이터는 테스트가 실제 사용 환경을 반영하는지 확인하는 데 도움이 됩니다. 적절한 장비가 있다면 현장 데이터 수집은 복잡하지 않으며, 이는 제품 개발 비용을 절감하고 시간을 절약하는 데 기여할 수 있습니다.

 

 

 

소음 및 진동 데이터 분석

 

NVH 테스트는 차량 조립 과정에서 이루어지며, 개별 부품 또는 전체 차량에 대해 실행될 수 있습니다. NVH 테스트 솔루션은 차량 소음과 진동을 식별하고 해결하는 데 중점을 두며, 많은 국제 표준에서는 이와 같은 유형의 테스트를 요구하고 있습니다.

 

FFT 분석

ObserVIEW FFT 분석 화면

 

복잡한 신호에서 빠른 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier Transform)은 어떤 주파수가 활성화되었는지, 각 주파수에서의 진폭이 얼마인지 분석하는 데 도움이 됩니다. 이 방법은 엔진이나 기타 구성 요소의 진동을 분석하는 데 사용되며, 불균형을 진단하는 데 유용합니다.

 

 

 

스펙트로그램(Spectogram) 분석

스펙트로그램은 진동 주파수가 시간에 따라 변할 때 유용한 그래프입니다. 이를 통해 파형의 주파수 내용을 분석하고, 서로 다른 진동 유형을 구별할 수 있습니다.

 

 

 

 

옥타브 밴드(Octave Band) 분석

 

옥타브 밴드 분석은 주파수(Frequency)를 "빈(bin)"으로 그룹화하여 소리와 진동을 평가하는 방법입니다. 이는 사람이 주파수 스펙트럼을 인식하는 방식을 반영하는 데 사용됩니다.

 

 

 

오더 트래킹 및 분석

오더 트래킹은 회전 속도(RPM) 신호를 기준으로 진동 데이터를 분석하여 특정 회전 환경에서의 진동 원인을 이해하는 데 도움이 됩니다.

 

 

 

 

STAG 소프트웨어를 활용한 테스트 개발

 

STAG(사인 트래킹, 분석 및 생성) 소프트웨어는 회전 성분이 지배적인 환경을 정확하게 재현하기 위해 개발된 솔루션입니다. 이는 기록된 데이터를 사용하여 정확하고 효율적인 SoR(사인-온-랜덤, Sine on Random) 테스트를 생성합니다.

 

이러한 방법을 통해 NVH 테스트는 제품 개발 초기 단계에서부터 발생할 수 있는 잠재적인 문제를 사전에 식별하고 해결할 수 있도록 도와줍니다. 이는 궁극적으로 고객의 손에 도달하기 전에 제품의 신뢰성과 성능을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

 

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