KR100448058B1 - 자동차용 서브프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 서브프레임에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진 및 파워트레인으로부터 발생되는 진동을 서브프레임이 효과적으로 흡수하여 차체로 그 진동이 전달되는 것을 방지함으로써 차실 내의 부밍 소음이 감소되도록 한 자동차용 서브프레임에 관한 것이다.

본 발명은, 엔진 및 파워트레인이 장착되어 그 엔진 및 파워트레인으로부터 발생된 진동이 차체에 그대로 전달되는 것을 방지하기 위한 자동차용 서브프레임에 있어서, 상기 서브프레임은 한쪽 방향이 개방된 "ㄷ"자 형상으로 이루어지고, 그 서브프레임의 개방부 양단에는 충격흡수부재를 매개로 다이나믹 댐퍼가 설치되어 상기 서브프레임의 일측과 상기 다이나믹 댐퍼의 일측에 엔진 및 파워트레인이 지지되는 것을 특징으로 하는 자동차용 서브프레임이다.

Description

자동차용 서브프레임{Automobile Sub-frame}

본 발명은 자동차용 서브프레임에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진 및 파워트레인으로부터 발생되는 진동을 서브프레임이 효과적으로 흡수하여 차체로 그 진동이 전달되는 것을 방지함으로써 차실 내의 부밍 소음이 감소되도록 한 자동차용 서브프레임에 관한 것이다.

서브프레임은 도 1에 도시된 바와 같이 차체전방의 저면에 설치되는 "ㅁ"자형 구조물로서, 일반적으로 엔진룸에 탑재되는 엔진이나 파워트레인(power train)과 같은 동력전달계통의 부품 및 서스펜션 등을 지지하기 위하여 설치되며, 차체의 프론트 사이드 멤버에 상기 서브프레임(10)이 체결되도록 하는 마운팅부에는 볼트 및 너트가 많이 사용된다.

도 2는 종래의 자동차용 서브프레임에 엔진이 마운팅되어 있는 상태를 나타낸 평면도인데, 여기에 나타난 바와 같이 종래의 서브프레임(10)은 "ㅁ"자 형의 구조물로서 여기에는 차체의 프론트 사이드 멤버(미도시)에 체결되기 위한 다수개의 체결공(10a)이 형성되어서 통상 볼트를 통해 차체에 고정되게 설치된다.

특히 상기의 서브프레임(10) 상부에는 엔진(1) 및 파워트레인(2)이 설치되는데 그 엔진(1) 및 파워트레인(2)은 서브프레임(10)의 전, 후방에 그 진동을 흡수할 수 있도록 2점 마운팅되고 엔진(1) 및 파워트레인(2)의 측방 2곳(1a,2a)은 바디에 마운팅된다.

또한, 엔진(1) 및 파워트레인(2)에서 발생된 진동은 서브프레임(10)과 마운팅된 엔진 마운팅부쉬(11)에서 1차적으로 흡수는 되나 그 잔여 진동에너지가 서브프레임(10)을 가진하게 된다. 서브프레임(10)은 이러한 가진력에 의하여 도 3과 같은 형태의 고유 진동을 하게 된다.

도 3에서와 같이 서브프레임(10)은 진동수의 변화에 따라 서로 다른 형태의 진동 모드를 갖게 되는데, 그 각각의 형태는 서브프레임(10)의 구조물 자체가 상하로 진동하는 바운싱 모드(bouncing mode, A mode), 서브프레임의 길이방향인 x축을 중심으로 회전 진동하는 롤링 모드(rolling mode, B mode), 서브프레임의 y축을 중심으로 회전 진동하는 피칭 모드(pitching mode, C mode) 및 서브프레임의 구조물 자체가 굽힘 및 비틀림 진동하는 토션 모드(torsion mode, D mode)로 구분된다.

이상과 같은 4가지의 진동 형태를 갖는 서브프레임은 서브프레임 자체의 고유 진동수에 의하여 진동이 증폭되며, 그 증폭된 진동이 차체로 전달되어 차체를 진동시키게 된다.

이때, 서브프레임 진동수가 차실 내의 공동(cavity) 음압(音壓) 주파수와 동일한 진동수로 진동될 경우에 차실의 음압주파수의 진폭이 매우 커지는 공진(共振) 현상이 발생되는데, 이 공진 현상은 특히 서브프레임의 바운싱 모드와 피칭 모드에 의해 많이 발생하며 이에 의해 차실 내의 부밍 노이즈(booming noise)가 매우 커지게 되는 문제점이 있다.

여기서 부밍 노이즈란 차실 내에서 발생되는 "웅웅" 거리는 음파로서, 탑승자가 이 부밍 노이즈에 장시간 노출되면 귀가 멍해지고 매우 피로해지게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 엔진 및 파워트레인에 의하여 진동되는 서브프레임의 고유 진동모드인 바운싱 모드와 피칭 모드를 억제시킴으로써 차실 내의 부밍 노이즈를 저감시키기 위한 자동차용 서브프레임을 제공하는데 있다.

도 1은 서브프레임이 장착된 상태를 보인 일반적인 자동차의 사시도,

도 2는 종래의 자동차용 서브프레임에 엔진이 마운팅되어 있는 상태를 나타낸 평면도,

도 3은 서브프레임의 진동모드를 나타낸 참고도,

도 4는 본 발명에 따른 자동차용 서브프레임의 분해 사시도,

도 5는 종래 서브프레임과 본 발명의 서브프레임간의 실내 소음 시험결과를 나타낸 도표.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 엔진 2 : 파워트레인

10 : 종래 서브프레임 20 : 본 발명의 서브프레임

21 : 플랜지 22 : 엔진 마운팅부쉬

30 : 다이나믹 댐퍼 31 : 진동흡수부재

32 : 엔진 마운팅부쉬 b : 볼트

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진 및 파워트레인이 장착되어 그 엔진 및 파워트레인으로부터 발생된 진동이 차체에 그대로 전달되는 것을 방지하기 위한 자동차용 서브프레임에 있어서, 상기 서브프레임은 한쪽 방향이 개방된 "ㄷ"자 형상으로 이루어지고, 그 서브프레임의 개방부 양단에는 충격흡수부재를 매개로 다이나믹 댐퍼가 설치되어 상기 서브프레임의 일측과 상기 다이나믹 댐퍼의 일측에 엔진 및 파워트레인이 지지되는 것을 특징으로 하는 자동차용 서브프레임이다.

이하, 본 발명의 특징적인 기술 구성을 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 자동차용 서브프레임의 분해 사시도이고, 도 5는 종래 서브프레임과 본 발명의 서브프레임간의 실내 소음 시험결과를 나타낸 도표이다.

도 4를 참조하여 본 발명을 설명하면, 본 발명에 따른 서브프레임(20)은 한쪽 방향이 개방된 "ㄷ"자 형상의 강체(剛體)로서, 그 개방된 부위 중에서 서로 마주보는 위치의 양단에는 체결공(21a)이 형성된 플랜지(21)가 각각 형성된다. 그리고 상기 서브프레임(20)이 차체에 고정 설치될 수 있도록 서브프레임(20)에는 다수개의 체결공(20a)이 형성된다.

한편, 상기 서브프레임(20)의 개방부 양단에는 진동흡수부재(31)를 매개로일자형의 다이나믹 댐퍼(30)가 설치된다.

즉, 상기 다이나믹 댐퍼(30)의 양단에는 엔진 및 파워트레인의 진동을 흡수할 수 있는 진동흡수부재(31)가 설치되어서 상기 서브프레임(20)의 플랜지 체결공(21a)에 상기 진동흡수부재(31)가 볼트(b)를 통해 체결된다.

여기서, 상기 진동흡수부재(31)는 그 내부에 원통형상의 파이프부재(31a)가 내재된 러버부쉬(rubber bush)로 되어 있어서 다이나믹 댐퍼(30)로 전달되는 충격은 이 러버부쉬(31)에서 제진되도록 되어 있다.

또한, 상기 서브프레임(20)에 진동흡수부재(31)를 매개로 설치된 다이나믹 댐퍼(30)는 차체의 전방 쪽 또는 후방 쪽으로 위치되게 하는 것이 바람직한데 본 발명의 실시예에서는 상기 다이나믹 댐퍼(30)가 차체의 전방 쪽으로 위치되도록 하여 차체의 프론트 사이드 멤버(미도시)와 연결되도록 하였다. 그 이유는 다이나믹 댐퍼(30)가 차체의 전방 혹은 후방 쪽으로 위치되어야 서브프레임(20)의 바운싱 진동 및 피칭 진동을 효과적으로 흡수할 수 있기 때문이다.

그리고, 상기 다이나믹 댐퍼(30)의 상부 일측 및 그 다이나믹 댐퍼(30)와 평행을 이루는 위치의 서브프레임(20) 일측에는 엔진 및 파워트레인을 지지하기 위한 엔진 마운팅부쉬(22,32)가 마련되어 이 엔진 마운팅부쉬(22,32)에 의하여 엔진 등이 설치됨으로써 엔진 등의 진동이 1차적으로 흡수되게 된다.

이상의 구성을 갖는 본 발명의 작용은 다음과 같다.

엔진 마운팅부쉬(22,32)를 통해 엔진 및 파워트레인이 다이나믹 댐퍼(30)의 상부 일측과 그에 대응되는 "ㄷ"자 형의 서브프레임(20)의 상부 일측에 각각 이점지지된다. 물론 상기 서브프레임(20)은 차체에 고정설치되어 있는 상태이다.

여기서, 상기 엔진 마운팅부쉬(22,32)를 통해 엔진 등에서의 진동이 1차적으로 감쇄되고 그 잔여 진동에너지가 서브프레임(20)을 비롯한 다이나믹 댐퍼(30)를 가진시키게 된다.

그러나, 상기 서브프레임(20)에 다이나믹 댐퍼(30)가 진동흡수부재(31)를 매개로 제진 가능하도록 설치되어 있고 또 엔진 등으로부터의 진동 진입 경로가 서브프레임(20)과 다이나믹 댐퍼(30)로 각각 입력되므로 상기의 잔여 진동에너지는 이 진동흡수부재(31)에서 대거 흡수된다.

즉, 종래기술에서 설명한 바와 같이 실내 부밍 소음을 발생시키는 근원이 되는 바운싱 모드와 피칭 모드가 상기의 진동흡수부재(31)에서 대거 흡수되는 것이다.

따라서, 진동흡수부재(31)를 갖는 다이나믹 댐퍼(30)가 서브프레임(20)에 설치됨으로서 서브프레임(20) 자체의 고유 진동수가 제어되고, 결국 큰 진폭을 갖는 진동이 차체로 전달되는 것이 차단된다.

이것은 차실 내의 고유 음압주파수가 서브프레임(20)의 진동수에 의하여 공진되어 소음의 진폭이 커지는 것을 방지하는 효과를 가져온다.

실제로 이는 도 5에 도시된 바와 같이 일반적인 엔진 사용영역대인 1500~2100 rpm에서 본 발명에 따른 서브프레임을 적용하면 종래의 서브프레임을 적용하였을 때보다 실내 소음이 5~10 db 저감되는 결과를 가져온다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 서브프레임에 의하면, 서브프레임을 "ㄷ"자 형상으로 형성시키고 여기에 진동흡수가 되는 다이나믹 댐퍼를 설치하여 서브프레임의 고유 진동의 일 형태인 바운싱 및 피칭 진동을 주로 제어함으로써 차실 내의 음압주파수가 공진되는 것이 방지되어서 자동차의 실내 소음이 크게 감소되는 현저한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 엔진과 파워트레인이 장착되어 그 엔진과 파워트레인으로부터 발생된 진동이 차체에 직접 전달되는 것을 방지하기 위한 자동차용 서브프레임에 있어서,

   상기 서브프레임(20)은 한쪽 방향이 개방된 "ㄷ"자 형상으로 이루어지고, 그 서브프레임(20)의 개방부 양단에는 진동흡수부재(31)를 매개로 다이나믹 댐퍼(30)가 설치되어 상기 서브프레임의 일측과 상기 다이나믹 댐퍼의 일측에 엔진 및 파워트레인이 지지되는 것을 특징으로 하는 자동차용 서브프레임.
2. 제 1항에 있어서, 상기 다이나믹 댐퍼(30)는 서브프레임의 바운싱 진동 및 피칭 진동을 흡수할 수 있도록 차체의 전방 또는 후방 쪽으로 배치된 것을 특징으로 하는 자동차용 서브프레임.
3. 제 1항에 있어서, 상기 서브프레임(20)의 개방 부위 중에서 서로 마주보는 위치의 양단에는 체결공(21a)이 형성된 플랜지(21)가 각각 형성되고, 그 플랜지의 체결공(21a)에 상기 진동흡수부재(31)가 볼트(b)를 통해 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 서브프레임.