In recent years, vehicles are not only a very important means of transportation, but also a necessity for living in modern society. As the living standard upgrades and the technology advances, the customers of vehicles nowadays ask for the comfort more than ever. The noise, vibration and harshness (NVH) of vehicles naturally becomes an important issue for car manufacturers as well as consumers. Because engine is a major source of noise and vibration in vehicles, the engine mount system should be designed to meet the two contradictory requirements: it should not only effectively isolate the transmitted force from the engine to the chassis, requiring the small mount stiffness and damping, but also firmly support the engine, requiring the large mount stiffness and damping. One of the effective designs to meet the contradictory requirements is the active control engine mount (ACM).
This paper is focused on a design of a new ACM which is compact in size and cost effectiveness. The ACM, consisting of an electrodynamic actuator as the active element, flat springs and a sliding ball joint, is different in structure from the previous ACM designs based on the conventional hydraulic engine mount. The sliding ball joint, consisting of a ball trapped between two facing concave surfaces by preloaded plate springs, allows the direct transmission of the actuator force through the engine mount axis as well as the free movement due to the possible shear force from the engine. The electrodynamic actuator with the increased bobbin length, instead of electromagnetic actuators, is employed as the active element, because it is capable of adaptation to the probable product-to-product variation in static load and its controller design becomes a lot simpler due to the linear force-current relationship. Dynamic characteristics of the proposed ACM are extensively investigated before a prototype ACM, which meets the design specifications, is built in the laboratory. For cost effectiveness, a feed-forward control algorithm without a feedback sensor is used for reduction of the transmitted force through the ACM by the engine. The prototype ACM is then harmonic-tested with a material testing machine for verification of its control performance as well as adequacy of modeling. Experimental results show that the proposed ACM is capable of reducing the transmitted force in operating range.
현대 사회에서 자동차는 중요한 교통수단의 하나일 뿐 아니라 실생활의 필수품이 되고 있는 추세이다. 자동차의 보급은 계속 확대되어 가고 있으며, 점차 그 기능보다 안락함이나 정숙함 등 고품위의 기능이 요구되고 있다. 따라서 근래에는 승용차에서의 소음 및 진동저감은 큰 관심의 대상이 되고 있으며, 이에 따라 차내 소음 및 진동의 가장 큰 원인이 되는 엔진 마운트의 효과적 설계가 필연적으로 요구된다. 엔진 마운트의 역할은 차체와 엔진 사이를 지지하는 동시에 엔진 소음 및 진동을 절연하여 불필요한 차체 진동 및 소음을 저감하는 것이다. 이때 엔진 하중을 효과적으로 지지하기 위해서는 엔진 마운트의 강성 및 감쇠가 클수록 좋지만, 이런 경우 반대로 차체의 소음과 진동이 커지게 된다. 결과적으로 엔진 마운트에 있어서 엔진 하중의 지지와 소음/진동의 절연이라는 두 가지 기능은 서로 상반된 성질의 설계조건을 충족시켜야 하는 것이다. 그래서 서로 상반된 설계조건을 만족시키기 위해 능동요소를 가미한 새로운 마운트가 연구 개발되고 있다.
본 연구는 소형화를 위하여 구조가 복잡한 유체 봉입 마운트를 사용하는 대신 유체가 없는 고무 엔진 마운트로 그 기능을 대체하였다. 이와 같은 기능 대체에 의해 발생하는 능동 구동기의 정적 변위 부담은 보이스 코일 타입의 구동기를 사용하여 보빈의 길이를 늘임으로써 해소하였다. 이와 같은 보이스 코일 타입의 구동기를 이용함으로써 보다 간단한 제어를 할 수 있으며 다른 형태의 전자석 구동기와 비교하여 구동기의 힘을 선형적으로 발생시킬 수 있다. 보이스 코일 구동기를 이용한 능동 엔진 마운트는 위와 같은 장점을 갖는 반면 발생힘이 작고 측력에 약한 단점을 가지고 있다. 따라서 자속이 큰 네오듐 계열의 자석을 이용하고 판 스프링과 볼베어링을 이용하여 측력에 강인한 구조를 갖도록 하였다. 제안된 능동 엔진 마운트는 상용화를 위해 센서를 사용하지 않았고 엔진에 의해 능동 엔진 마운트에 전달되는 힘을 상쇄하기 위해 피드 포워드 제어 알고리즘을 사용하였다. 제작된 능동 엔진 마운트는 MTS(material testing machine)을 이용하여 성능 평가를 하였고, 작동 영역에서 전달력을 감소시켰다.
