[Science and Kumho Tires] 공진의 비밀2 - 공진과 타이어

공진과 타이어

우리의 주요 이동수단인 자동차의 발 역할을 하는 타이어를 만드는 데도 공진은 중요한 요소다. 공진이 일어날 경우, 진동이나 소음이 증폭되기 때문이다. 타이어는 지면에서 차체로 전달되는 충격을 줄이고, 흔들림이나 진동, 소음에도 큰 영향을 미친다. 승객이 편안한 승차감을 느낄 수 있도록, 조용하게 드라이빙을 즐길 수 있는 타이어를 만드는 데 진동은 필수적으로 고려해야 할 사항이다.

☞ 자동차 소음은 어디서 오나

자동차에서 소음이 생기는 원인으로는 엔진 소리도 있지만, 타이어에서 나오는 소음도 꽤 크다.

 타이어 소음도 지면과 닿으면서 생기는 진동 때문에 나는 소음, 회전하는 타이어의 홈 안으로 공기가 빨려들어오거나 밀려나가면서 생기는 소음, 타이어 안의 공기 압력 변화에 의한 공명음 등으로 다양하다. 

승차감에 영향을 주는 진동은 지면이 울퉁불퉁해 충격을 받았거나, 타이어가 불균형하기 때문에 생긴다. 

타이어는 기본적으로 둥글게 만들지만 어쩔 수 없이 불균형적인 부분이 생길 수밖에 없다.

1. 타이어 진동에 의한 소음 발생

 

2. 타이어 공기역학적인 소음 발생

 

☞ 더욱 더 조용하고 편안하게

타이어는 처음부터 진동을 줄일 수 있도록 설계한다. 

타이어의 구조에 따라 진동과 소음이 어떻게 생길지를 예측하고, 음향해석을 통해 타이어의 반사소음과 공명음을 예측한다. 이 분석 결과를 바탕으로 최대한 소음이 적게 나오는 타이어를 설계할 수 있다. 

소리가 나지 않는 무향실에서 설계 중인 타이어의 소음을 테스트한 뒤 그 결과를 다시 제품 설계에 반영하는 과정을 거쳐 최종 제품을 만든다.

 

3. 강성불균일 

 

 강성불균일은 타이어가 자체 하중을 받아 주행 시 타이어의 수직,

수평방향으로 나타나는 힘의 편차이다.

☞공진을 역이용해 소음 막는다

타이어에는 자글자글한 홈이 무수히 나 있다. 이런 패턴을 이루는 단위 하나를 피치라고 한다. 

이런 피치가 모여 타이어 전체의 패턴을 이룬다. 

타이어의 패턴은 타이어의 성능과 관련이 크지만, 진동을 일으키는 요소이기도 하다. 피치와 피치 사이에 있는 작은 틈은 지면과 접촉하면서 고유의 진동을 일으킨다. 

이 진동이 공진을 일으키면 소음이 증폭된다. 소음을 막기 위해서 타이어에는 공진을 역으로 이용한 기술이 들어간다. 같은 진동이 겹쳐서 공진이 일어난다면, 반대로 진동이 엇갈리게 만들어 진동을 상쇄시키는 것이다. 타이어를 만들 때 피치의 길이를 제각기 다르게 만들면 진동이 겹치지 않아 소음이 증폭되지 않게 막을 수 있다.

4. Pattern Noise Simulation