A quantitative prediction of road noise is a challenging issue in the vehicle NVH (noise, vibration, and harshness) due to extremely complicated transfer paths of road noise as well as the difficulty in the experimental identification of input force from the tire-road interaction. As a basic attempt to solve such a vibro-acoustic problem, this study considered only the structure-borne noise component, which originated from the impact occurring at the leading edge of the rotating tire and the road profile. In dealing with the modeling of the structure-borne road noise transmission inside the vehicle, one should take account of road roughness, contact dynamics between tire and road, and transfer path in the suspension and car cavity. In this thesis, Hertzian impact theory was employed to model the elastic contact between tire leading edge and the road surface, which were measured by the laser profile meter. Decay rate of the impact at the tire was also used in the describing the time influence of maximum impact force. Contact patch shape of the tire was approximately modeled by several segments in the width direction and the road roughness of each segment was randomized. Transfer functions between tire leading edge and axle point, which is in the vicinity of the wheel, was measured by using the vibro-acoustic reciprocity to overcome the difficulty in the measurement. The total vibro-acoustic transfer function between the tire leading edge and the ear position inside a vehicle were characterized by the multiplication of two transfer functions of tire-axle and axle-ear points. From the proposed road noise model, it was able to identify the individual contribution of tire and wheel to road noise. Also, it was confirmed that the radial impact force is dominant to road noise generation. Comparing with the measured road noise in a semi-anechoic chamber with chassis-dynamometer, predicted noise agreed with the measured one within 5 dB below 500 Hz except 80, 400, 500 Hz in 1/3-octave band.
정량적인 도로소음 예측에 관한 연구는 타이어-노면 충돌에 의해 타이어에 입력되는 힘의 측정의 어려움과 전달경로의 복잡함으로 인해 차량 NVH분야에서 오랫동안 연구되어온 도전적인 과제로서, 본 논문에서는 회전하는 타이어과 측정된 노면 프로파일의 접촉에 의한 타이어 선단부 충격기구와 진동-음향 전달경로의 모형화를 고려하여 정량적인 구조기인 도로소음을 예측 모형을 제안하였다. 구조기인 도로소음을 예측하기 위해서는 측정된 노면 프로파일에 대한 분석, 타이어-노면 충돌의 역학적 모형과 구조기인 도로소음의 전달경로에 대한 모형이 필요하다. 본 논문에서는 Hertzian 충격 이론을 이용하여 타이어 회전속도에 따른 타이어-노면 충돌에 의한 최대 충격력을 모형화하고 타이어 선단부에서 측정된 충격력의 감쇠 신호를 이용하여 최대 충격력의 지속시간을 모형화하였다. 이렇게 모형화된 충격력은 타이어가 지면과 접촉하는 형상을 고려하여 타이어 폭 방향으로 부분을 나누어 각각 다른 공간적 위상차를 가지고 랜덤하게 입력된다고 모형화하였다. 구조기인 도로소음의 전달경로는 실험에서 측정된 진동-음향 전달함수로서 타이어 선단부에서 차축까지의 전달함수와 차축에서 차량내부까지의 전달함수로 나누어 지며, 타이어 선단부 가진의 어려움을 해결하고자 첫 번째 전달경로를 구할 때는 상반성의 원리를 이용하였다. 본 연구에서 제안한 도로소음 예측모형을 통해, 타이어와 휠이 도로소음에 미치는 영향을 파악할 수 있었고 타이어 선단부 반경방향 충격력이 도로소음에 지배적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 반무향실에서 샤시다이나모미터를 구동하여 측정한 소음과 비교하여 예측된 소음은 80, 400, 500 Hz 1/3-옥타브 밴드를 제외한 500 Hz까지 5 dB이내로 실제 소음을 잘 예측하고 있다.
