전기차 시대의 소음 분석: NVH 테스트(NVH (Noise, Vibration, and Harshness),Regenerative Braking Noise)

 

목차

 

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전기차 및 하이브리드 차량 기술 테스트 개요

전기 추진 시스템은 현재 대부분의 자동차 제조사(OEM)에게 필수적인 기술로 자리 잡고 있습니다. 차량의 구동 방식은 다양하지만, 크게 배터리 전기차(BEV, Battery Electric Vehicle)와 하이브리드 전기차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)로 구분됩니다. HEV는 내연기관(ICE)과 전기모터가 혼합되어 있는 형태로, 전통적인 파워트레인 테스트와는 다른 복합적인 요소들이 존재합니다.

 

전기차와 하이브리드 차량의 테스트에서는 기존 내연기관과는 다른 주요 구성요소들이 추가되는데, 대표적으로 전기모터, 인버터(고전압 DC를 3상 AC로 변환하는 장치), 배터리 냉각 시스템, 그리고 특수한 변속기 설계 등이 있습니다. 이러한 전기 구동 시스템은 새로운 기술적 도전 과제를 안겨주며, 특히 소음, 진동, 불쾌감(NVH) 측면에서 많은 변화가 있습니다.

 

 

NVH 특성과 분석 포인트

전기모터는 내연기관에 비해 기본적으로 소음이 매우 적습니다. 하지만 소음이 적기 때문에 오히려 작은 소리도 운전자나 승객이 민감하게 느낄 수 있습니다. 특히 저속 주행 시 ‘윙~’ 하고 들리는 전기모터의 자기음(Magnetic Noise)이 대표적입니다. 이 때문에 전기차 NVH 분석은 기존 차량과는 다른 방식과 민감도를 필요로 합니다.

 

 

주요 소음 요소

• 전기모터의 종류: 대표적으로 사용되는 모터는 영구자석형 동기모터(PMSM), 유도모터, 스위치드 릴럭턴스 모터가 있으며, 각각의 구조와 작동 방식에 따라 소음 특성이 다릅니다.
• 인버터 소음:인버터는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 작동하며, 고주파 성분이 가청 범위(20Hz~20kHz)에 포함될 수 있어 주행 중 소음의 주요 원인이 됩니다.
• 기어박스:BEV의 경우 단일 기어로 구성된 경우가 많아, 고회전 전 영역을 커버해야 합니다. 따라서 기어 오류나 공명음 발생 가능성이 존재합니다.
• 배터리 냉각 및 작동음:배터리의 과열을 막기 위해 물이나 공기를 이용한 냉각이 필요하며, 고전압 배터리를 연결할 때 발생하는 ‘딸깍’ 소리 역시 민감하게 들릴 수 있습니다.
• 부가적인 소리:전기차는 공회전이 없기 때문에 기존의 엔진소음이 없고, 이에 따라 작고 고주파의 소리(에어컨 컴프레서, 팬 등)가 더 부각됩니다.
• 회생 제동 소리:감속 중 배터리를 충전하는 회생 제동(coast down) 중에도 특유의 소리가 발생합니다.

 

 

측정 및 시뮬레이션

전기차의 부품 개발과정에서는 CAE(Computer-Aided Engineering) 모델을 통해 제품 설계 및 예측을 진행하며, 이후 실차 테스트나 뮬카(Mule Car, 기존 차량을 개조한 테스트카)를 통해 측정 결과와 시뮬레이션을 정합(Validation) 시킵니다.

 

모달 해석, 소스 강도 측정, 전달 함수 분석(Noise/Acoustic Transfer Function) 등이 포함되며, 실제 부품을 통해 소리나 진동을 유발하여 응답을 측정합니다.

 

특히 전기모터의 표면 방사음(sound power)는 예측 정확도를 높이는 데 중요한 데이터입니다. FFT(Fast Fourier Transform)와 같은 분석 도구로 인버터 주파수 및 사이드밴드를 시각화할 수 있습니다.

 

마이크 및 장비 선택

 

NVH 테스트에서는 정확하고 반복 가능한 측정이 핵심입니다. 따라서 마이크 선택도 매우 중요합니다.

 

• GRAS 146AE: ½인치 프리필드 마이크로폰 세트로, 가청 주파수 전체 범위를 커버하며, 18dB(A)까지 측정 가능.
• GRAS 147AX: 공간이 좁은 부위에 적합한 마이크로, 견고하며 전자파에 강하고 19dB(A)까지 측정 가능.

 

두 제품 모두 TEDS 기능을 통해 빠른 시스템 셋업이 가능하며, 전원 LED 표시로 작동 상태를 쉽게 확인할 수 있습니다.

 

 

다양한 마운트(삼각대, 고프로 어댑터 등)와 결합 가능해 실차 내부, 테스트 벤치 등 여러 환경에서 유연하게 사용됩니다.

 

42AG 사운드 캘리브레이터를 이용해 마이크 감도 보정도 쉽게 수행할 수 있습니다.

 

전기차 NVH 테스트 시 고려사항

• 테스트 시간 단축: 시제품 수량이 제한되어 있으므로 빠른 측정이 중요합니다.
• 마이크 배치의 반복성: 결과의 일관성을 확보하기 위해 정확한 위치에 마이크를 설치해야 합니다.
• 구조 전달 소음 최소화: 마이크 지지대나 케이블에서 생기는 잡음을 방지해야 합니다.
• 작업자의 안전 확보: 고전압 시스템에서 작업 시 안전한 환경 확보가 필요합니다.
• 마이크의 노이즈 저항성: 전자기장이 많은 환경에서도 측정이 가능해야 합니다.

전기차와 하이브리드 차량의 테스트는 기존 내연기관 차량보다 훨씬 정밀하고 민감한 소음 분석 기술이 요구됩니다. 특히 고주파의 자성 소음, 인버터 전자기 소리, 배터리 냉각음, 회생 제동 시의 특이 음향 등은 운전자의 승차감을 좌우하는 중요한 요소입니다.

 

따라서, 정확하고 반복 가능한 테스트 환경을 구성하고, 전기차 특성에 맞는 장비와 분석 기법을 적용해야 합니다. 전기차가 더욱 보편화됨에 따라, 이러한 테스트 기술은 차량 설계와 품질 보증의 핵심 영역으로 자리잡고 있습니다.

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 시스템 솔루션을 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php