KR20210026356A - 자동차의 가변형 휠 공명기 시스템 - Google Patents

자동차의 가변형 휠 공명기 시스템 Download PDF

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KR20210026356A
KR20210026356A KR1020190107015A KR20190107015A KR20210026356A KR 20210026356 A KR20210026356 A KR 20210026356A KR 1020190107015 A KR1020190107015 A KR 1020190107015A KR 20190107015 A KR20190107015 A KR 20190107015A KR 20210026356 A KR20210026356 A KR 20210026356A
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air
vehicle
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KR1020190107015A
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지상우
신희원
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 휠 공명기에 장착된 솔레노이드 밸브의 온/오프 제어를 통하여, 타이어의 제1에어챔버로부터 공명기의 제2에어챔버를 지나 다시 제1에어챔버로 흐르는 공기 흐름량을 가변 제어하여, 차량의 주행시 발생하는 넓은 공명 주파수 대역의 공명 소음을 억제시킬 수 있고, 특히 타이어로 입력되는 노면 입력 주파수 변화(노면 충격 변화), 주행속도 및 선회 조건 변화, 타이어의 내부 공기 온도 변화 등에 따라 달라지는 공명 주파수 대역의 공명 소음을 억제시킬 수 있는 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템을 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차의 가변형 휠 공명기 시스템{VARIABLE WHEEL RESONATOR SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 자동차의 가변형 휠 공명기 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노면 입력 주파수 변화에 따라 타이어 내의 공기 흐름을 가변 제어하여 넓은 주파수 대역에서의 공명 소음을 줄일 수 있도록 한 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 진동계가 그 고유진동수와 같은 진동수를 가진 외력을 주기적으로 받아 진폭이 뚜렷하게 증가하는 것을 공명(resonance)이라 한다.
상기 공명은 역학적 진동 및 전기적 진동 등 모든 진동에서 일어나는 현상으로서, 전기적 공명일 때는 공진이라고도 한다.
자동차용 휠의 림부에 장착되는 타이어는 차량 주행 중 노면과 지속적인 마찰을 하게 되므로, 노면에 의한 타이어의 가진에 의해 타이어의 사이드 월(side wall)에서는 진동이 발생하게 되고, 이러한 사이드 월의 진동에 의해 타이어의 내부공간에서 공명(resonance) 현상이 발생하게 된다.
이렇게 타이어의 내부공간에서 발생되는 공명 현상은 약 200Hz 주파수 대역의 날카로운 피크를 가지는 공명 소음을 발생시키고, 이러한 공명 소음은 차량 실내로 전달되어 승객의 승차감을 떨어뜨리는 원인이 된다.
이러한 공명 소음을 저감하기 위한 방법으로서, 휠의 림부에 공명기를 장착하는 방법이 적용되고 있다.
첨부한 도 1 및 도 2는 종래의 휠 공명기를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 차량용 휠(10)의 림부(11)에 타이어(20)가 장착되어, 타이어(20)의 내부 공간은 밀폐된 제1에어챔버(22)로 형성된다.
또한, 상기 림부(11)의 외경부에는 내부에 소정 체적의 제2에어챔버(32)가 형성된 공명기(30)가 장착된다.
이때, 상기 공명기(30)의 일측부에는 제1에어챔버(22)와 제2에어챔버(32)를 연통시키는 에어벤트(34)가 형성된다.
따라서, 차량의 주행시 타이어의 진동에 따라 발생하는 특정주파수가 상기 공명기(30)에 형성된 에어벤트(34)를 통해 제2에어챔버(32)로 유입되면, 제2에어챔버(32) 내의 공기가 스프링 작용을 하여 특정주파수에 대한 새로운 역상 형태의 진동으로 변화되고, 동시에 변화된 역상 형태의 진동이 에어벤트(34)를 통해 타이어(20)의 내부공간인 제2에어챔버(22)로 유출됨으로써, 특정주파수에 대한 위상 변이가 발생하여 타이어 내부에서의 특정주파수가 소멸되고, 결국 타이어 내부의 공명 소음이 감소될 수 있다.
그러나, 종래의 휠 공명기는 고정된 특정주파수 영역(예, 200Hz)에 대해서만 진동 억제 및 소음 억제 성능을 발휘하게 되므로, 보다 넓은 주파수 영역에 대한 소음 억제 능력이 요구되고 있다.
US 2010/0096909 A1 (2010.04.22)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 노면 입력 주파수 변화에 따라 타이어 내에서 공명기를 경유하는 공기 흐름을 무선 전력 및 솔레노이드 밸브를 이용하여 가변 제어하여, 넓은 공명 주파수 대역에서의 공명 소음을 줄일 수 있도록 한 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 내부에는 제2에어챔버가 형성되고, 일측부에는 타이어 내부의 제1에어챔버와의 연통을 위한 에어벤트가 형성된 구조로 구비되어, 휠의 림부에 장착되는 공명기; 상기 공명기의 소정 위치에 장착되어 상기 제1에어챔버로부터 제2에어챔버로 흐르는 공기량을 조절하는 솔레노이드 밸브; 상기 솔레노이드 밸브의 온 작동을 위한 전원을 제공하는 전원공급장치; 및 외부 전원으로부터 상기 전원공급장치에 인가되는 전류를 상기 솔레노이드 밸브의 온 및 오프을 위한 전력 공급 시기 및 주기 신호에 맞게 제어하는 제어기; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 전원공급장치는 무선 전력 송수신 시스템으로 채택된 것임을 특징으로 한다.
특히, 상기 무선 전력 송수신 시스템은 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 무선 전력을 공급하도록 휠 가드에 장착되는 송신측 코일과, 송신측 코일로부터의 무선 전력을 수신하여 상기 솔레노이드 밸브에 공급하기 위하여 공명기의 표면에 장착되는 수신측 코일을 포함하여 구성된 것임을 특징으로 한다.
또한, 상기 송신측 코일에는 솔레노이드 밸브의 온 및 오프를 위한 전력 공급 시기 및 주기 신호에 맞게 송신측 코일에 전류를 인가하도록 한 제어기가 하나의 모듈로 구성된 것을 특징으로 한다.
이에, 상기 제어기에서 차량 정보를 기반으로 솔레노이드 밸브의 온 및 오프를 위한 전력 공급 시기 및 주기 신호에 맞게 송신측 코일에 전류를 인가하여, 상기 솔레노이드 밸브의 온 및 오프 작동이 반복되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 솔레노이드 밸브에는 수신측 코일과 도전 가능하게 연결되어 교류를 직류로 변환하는 전원회로가 내장된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 솔레노이드 밸브의 온 작동시 상기 타이어의 제1에어챔버 내의 공기가 솔레노이드 밸브를 통과하여 상기 공명기의 제2에어챔버로 들어간 후, 공명기의 에어벤트를 통해 제1에어챔버로 흐르게 되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 솔레노이드 밸브의 온 및 오프 작동의 반복 주기에 따라 상기 제1에어챔버로부터 솔레노이드 밸브를 통과하여 제2에어챔버로 들어간 후, 에어벤트를 통해 제1에어챔버로 흐르는 공기 흐름량이 제어되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 솔레노이드 밸브는 공명기의 에어벤트를 중심으로 그 양쪽 대칭 위치에 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
휠 공명기에 장착된 솔레노이드 밸브의 온/오프 제어를 통하여, 타이어의 제1에어챔버로부터 공명기의 제2에어챔버를 지나 다시 제1에어챔버로 흐르는 공기 흐름량을 가변 제어하여, 차량의 주행시 발생하는 넓은 공명 주파수 대역의 공명 소음을 억제시킬 수 있다.
즉, 타이어로 입력되는 노면 입력 주파수 변화(노면 충격 변화), 주행속도 및 선회 조건 변화, 타이어의 내부 공기 온도 변화 등에 따라 달라지는 공명 주파수 대역의 공명 소음을 억제시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 휠 공명기를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 자동차의 가변형 휠 공명기 시스템의 공명기를 도시한 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 자동차의 가변형 휠 공명기 시스템을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 자동차의 가변형 휠 공명기 시스템을 도시한 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 자동차의 가변형 휠 공명기 시스템의 공기 흐름 제어 과정을 도시한 개략도,
도 7은 본 발명에 따른 자동차의 가변형 휠 공명기 시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 자동차의 가변형 휠 공명기를 도시한 평면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 자동차의 가변형 휠 공명기 시스템을 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 차량용 휠(10)의 림부(11)에 타이어(20)가 장착되어, 타이어(20)의 내부 공간은 밀폐된 제1에어챔버(22)로 형성된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 휠(10)의 림부(11)의 외경부에는 공명기(30)가 장착된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공명기(30)는 그 내부에 소정 체적의 제2에어챔버(32)가 형성되고, 일측부에는 제2에어챔버(32) 내의 공기를 타이어 내부의 제1에어챔버(22)로 배출시키기 위한 에어벤트(34)가 형성된 구조로 구비되어, 상기 휠(10)의 림부(11)의 외경부에 장착된다.
바람직하게는, 상기 공명기(30)는 휠(10)의 림부(11) 둘레를 따라 복수개가 등간격으로 장착될 수 있다.
특히, 상기 공명기(30)의 소정 위치에는 상기 제1에어챔버(22)로부터 제2에어챔버(32)로 흐르는 공기량을 조절하는 솔레노이드 밸브(40)가 장착된다.
또한, 상기 솔레노이드 밸브(40)의 온 작동을 위한 전원을 제공하는 전원공급장치로서, 무선 전력 송수신 시스템이 사용된다.
즉, 상기 휠(10)이 주행시 회전할 때, 솔레노이드 밸브(40)가 장착된 공명기(30)도 함께 회전함에 따라, 유선 회로에 의한 전력 공급이 불가능하므로, 무선 전력 송수신 시스템을 이용하여 솔레노이드 밸브(40)에 온 작동을 위한 전력을 공급할 수 있도록 한다.
이를 위해, 상기 무선 전력 송수신 시스템은 외부 전원(예를 들어, 차량 배터리)으로부터 전력을 공급받아 무선 전력을 수신측 코일(52)에 공급하도록 휠 가드(12)에 장착되는 송신측 코일(50)과, 이 송신측 코일(50)로부터 공급되는 무선 전력을 수신하여 상기 솔레노이드 밸브(40)에 공급하기 위하여 공명기(30)의 표면에 장착되는 수신측 코일(52)을 포함하여 구성된다.
물론, 상기 무선 전력 송수신 시스템의 송신측 코일(50)에는 외부 전원으로부터 공급되는 교류 전류를 직류로 변환하는 정류기와, 변환된 직류 전류를 안정화시키는 레귤레이터 등이 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전원공급장치인 무선 전력 송수신 시스템의 송신측 코일(50)에는 솔레노이드 밸브(40)의 온 및 오프를 위한 전력 공급 시기 및 주기 신호에 맞게 송신측 코일(50)에 전류를 인가하도록 한 제어기(53)가 하나의 모듈로 구성될 수 있다.
이에, 상기 제어기(53)에서 노면 입력 주파수 변화, 주행속도 및 선회 조건 변화, 타이어의 내부 공기 온도 변화 등과 같은 차량 정보를 기반으로 솔레노이드 밸브의 온/오프 주기를 하나의 데이터로 설정하고, 설정된 데이터를 기반으로 외부전원으로부터 송신측 코일(50)에 인가되는 전력 공급을 솔레노이드 밸브의 온 및 오프를 위한 전력 공급 시기 및 주기 신호에 맞게 인가하게 된다.
연이어, 상기 송신측 코일(50)에 솔레노이드 밸브의 온 및 오프를 위한 전력 공급 시기 및 주기 신호에 맞게 전류가 인가되어 송신측 코일(50)에서 전자기장이 발생하면, 이 전자기장에 의하여 상기 수신측 코일(52)에서 유도 전류가 생성된다.
바람직하게는, 상기 솔레노이드 밸브(40)에는 수신측 코일(52)과 도전 가능하게 연결되어 교류를 직류로 변환하는 전원회로(43)가 내장되는 바, 이 전원회로(43)는 수신측 코일(52)에서 생성된 유도 전류를 직류 전류로 변환하는 정류기와, 정류기에서 변환된 직류 전류의 전압을 안정화시키는 레귤레이터를 포함하여 구성될 수 있다.
특히, 상기 솔레노이드 밸브(40)는 도 7에 도시된 바와 같이, 공명기(30)의 에어벤트(34)를 중심으로 그 양쪽 대칭 위치에 장착되는 제1솔레노이드 밸브(41)와 제2솔레노이드 밸브(42)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 가변형 휠 공명기 시스템에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
차량의 주행 중 타이어로 입력되는 노면 입력 주파수 변화(노면 충격 변화), 주행속도 및 선회 조건 변화, 타이어의 내부 공기 온도 변화 등과 같은 차량 정보에 따라 타이어의 내부공간에서의 공명 주파수 대역이 달라질 수 있다.
이에, 상기 제어기(53)에서 노면 입력 주파수 변화, 주행속도 및 선회 조건 변화, 타이어의 내부 공기 온도 변화 등과 같은 차량 정보를 기반으로 솔레노이드 밸브의 온/오프 주기를 하나의 데이터로 설정하고, 설정된 데이터를 기반으로 외부전원으로부터 송신측 코일(50)에 인가되는 전력 공급을 솔레노이드 밸브의 온 및 오프를 위한 전력 공급 시기 및 주기 신호에 맞게 인가하게 된다.
이어서, 상기 송신측 코일(50)에 솔레노이드 밸브의 온 및 오프를 위한 전력 공급 시기 및 주기 신호에 맞게 전류가 인가되어 송신측 코일(50)에서 전자기장이 발생하면, 이 전자기장에 의하여 상기 수신측 코일(52)에서 유도 전류가 생성된다.
연이어, 상기 수신측 코일(52)에서 유도 전류가 생성되면, 수신측 코일(52)과 도전 가능하게 연결된 전원회로(43)에 의하여 솔레노이드 밸브(40)에 전류 인가가 주기적으로 반복됨으로써, 솔레노이드 밸브(40)의 온 작동 및 오프 작동이 반복된다.
이때, 상기 솔레노이드 밸브(40)의 온 작동시(개방 작동시), 도 6에 도시된 바와 같이 상기 타이어의 제1에어챔버(22) 내의 공기가 솔레노이드 밸브(40)를 통과하여 상기 공명기(30)의 제2에어챔버(32)로 들어간 후, 공명기(30)의 에어벤트(34)를 통해 제1에어챔버(22)로 흐르게 된다.
따라서, 상기 솔레노이드 밸브(40)의 온 및 오프 작동의 반복 주기에 따라 상기 제1에어챔버(22)로부터 솔레노이드 밸브(40)를 통과하여 제2에어챔버(32)로 들어간 후, 에어벤트(34)를 통해 제1에어챔버(22)로 흐르는 공기 흐름량이 제어될 수 있다.
이와 같이, 휠 공명기(30)에 장착된 솔레노이드 밸브(40)의 온/오프 제어를 통하여, 타이어의 제1에어챔버(22)로부터 공명기(30)의 제2에어챔버(32)를 지나 다시 제1에어챔버(22)로 흐르는 공기 흐름량을 가변 제어하여, 차량의 주행시 발생하는 노면 입력 주파수 변화(노면 충격 변화), 주행속도 및 선회 조건 변화, 타이어의 내부 공기 온도 변화 등에 따라 달라지는 넓은 공명 주파수 대역의 공명 소음을 억제시킬 수 있다.
부연하면, 차량의 주행시 여러 가지 주행 상황에 따라 달라지는 진동에 따라 가변되는 공명 주파수가 상기 솔레노이드 밸브(40)의 온 및 오프 작동에 따라 제1에어챔버(22)로부터 솔레노이드 밸브(40)를 통과하여 제2에어챔버(32)로 들어가면, 제2에어챔버(32) 내의 공기가 스프링 작용을 하여 해당 공명 주파수가 새로운 역상 형태의 진동 주파수로 변환되고, 동시에 변화된 역상 형태의 진동 주파수가 에어벤트(34)를 통해 타이어(20)의 내부공간인 제2에어챔버(22)로 유출됨으로써, 해당 공명 주파수에 대한 위상 변이가 발생하여 타이어 내부에서의 해당 공명 주파수가 소멸되고, 결국 타이어 내부의 공명 소음이 감소될 수 있다.
한편, 상기 솔레노이드 밸브(40)는 도 7에 도시된 바와 같이, 공명기(30)의 에어벤트(34)를 중심으로 그 양쪽 대칭 위치에 장착되는 제1솔레노이드 밸브(41)와 제2솔레노이드 밸브(42)로 구성될 수 있고, 그에 따라 제1 및 제2솔레노이드 밸브(41,42)의 온/오프 제어를 통하여 타이어의 제1에어챔버(22)로부터 공명기(30)의 제2에어챔버(32)를 지나 다시 제1에어챔버(22)로 흐르는 공기 흐름량을 보다 원활하게 가변시킬 수 있고, 보다 넓은 공명 주파수 대역의 공명 소음을 억제시킬 수 있다.
10 : 휠
11 : 림부
12 : 휠 가드
20 : 타이어
22 : 제1에어챔버
30 : 공명기
32 : 제2에어챔버
34 : 에어벤트
40 : 솔레노이드 밸브
41 : 제1솔레노이드 밸브
42 : 제2솔레노이드 밸브
43 : 전원회로
50 : 송신측 코일
52 : 수신측 코일

Claims (9)

  1. 내부에는 제2에어챔버가 형성되고, 일측부에는 타이어 내부의 제1에어챔버와의 연통을 위한 에어벤트가 형성된 구조로 구비되어, 휠의 림부에 장착되는 공명기;
    상기 공명기의 소정 위치에 장착되어 상기 제1에어챔버로부터 제2에어챔버로 흐르는 공기량을 조절하는 솔레노이드 밸브;
    상기 솔레노이드 밸브의 온 작동을 위한 전원을 제공하는 전원공급장치; 및
    외부 전원으로부터 상기 전원공급장치에 인가되는 전류를 상기 솔레노이드 밸브의 온 및 오프을 위한 전력 공급 시기 및 주기 신호에 맞게 제어하는 제어기;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전원공급장치는 무선 전력 송수신 시스템으로 채택된 것임을 특징으로 하는 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 무선 전력 송수신 시스템은:
    외부 전원으로부터 전력을 공급받아 무선 전력을 공급하도록 휠 가드에 장착되는 송신측 코일과;
    송신측 코일로부터의 무선 전력을 수신하여 상기 솔레노이드 밸브에 공급하기 위하여 공명기의 표면에 장착되는 수신측 코일;
    을 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템.
  4. 청구항 4에 있어서,
    상기 송신측 코일에는 솔레노이드 밸브의 온 및 오프를 위한 전력 공급 시기 및 주기 신호에 맞게 송신측 코일에 전류를 인가하도록 한 제어기가 하나의 모듈로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어기에서 차량 정보를 기반으로 솔레노이드 밸브의 온 및 오프를 위한 전력 공급 시기 및 주기 신호에 맞게 송신측 코일에 전류를 인가하여, 상기 솔레노이드 밸브의 온 및 오프 작동이 반복되는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브에는 수신측 코일과 도전 가능하게 연결되어 교류를 직류로 변환하는 전원회로가 내장된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브의 온 작동시 상기 타이어의 제1에어챔버 내의 공기가 솔레노이드 밸브를 통과하여 상기 공명기의 제2에어챔버로 들어간 후, 공명기의 에어벤트를 통해 제1에어챔버로 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브이 온 및 오프 작동의 반복 주기에 따라 상기 제1에어챔버로부터 솔레노이드 밸브를 통과하여 제2에어챔버로 들어간 후, 에어벤트를 통해 제1에어챔버로 흐르는 공기 흐름량이 제어되는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브는 공명기의 에어벤트를 중심으로 그 양쪽 대칭 위치에 장착되는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변형 휠 공명기 시스템.
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