엔진 소음, 진동 및 충격(NVH, Noise, Vibration, and Harshness)은 차량의 운전 경험과 승차감을 결정하는 중요한 요소입니다.
NVH는 차량의 엔진 및 구동 부품에서 발생하는 소음과 진동, 그리고 도로에서 전해지는 충격에 의해 발생하며, 이는 운전자와 승객이 느끼는 편안함과 직결됩니다.
자동차 제조사들은 NVH 성능을 개선하기 위해 다양한 기술을 사용합니다.
예를 들어, 엔진 마운트 시스템이나 소음 차단재를 통해 진동과 소음을 줄이고, 충격 흡수 장치를 통해 승차감을 높입니다.
특히 전기차의 경우 엔진 소음이 거의 없어 조용한 운전 환경을 제공하지만, 이로 인해 노면 소음이나 고주파 소음이 더 도드라질 수 있어 추가적인 NVH 관리가 필요합니다.
NVH 성능을 최적화함으로써 차량의 주행 안정성과 승객의 편안함을 크게 개선할 수 있습니다.
엔진 NVH 수준을 최소화하기 위한 주요 전략 및 기술은 다음과 같습니다
엔진 밸런싱
진동을 최소화하고 NVH 수준을 낮추려면 크랭크샤프트, 피스톤, 커넥팅 로드 등 엔진 내부 부품의 균형을 맞추는 것이 필수적입니다.
정밀 가공 및 조립 기술을 통해 엔진 내 회전 질량과 왕복 질량의 균형을 유지하여 진동을 최소화하고 소음을 줄입니다.
엔진 마운트:
엔진 마운트는 차량 섀시에서 엔진을 분리하는 유연한 고무 또는 유압 마운트로, 엔진으로 인한 진동과 소음이 승객실로 전달되는 것을 최소화합니다.
고급 엔진 마운트 설계에는 유압식 댐핑 및 능동형 진동 제어 시스템이 통합되어 NVH 수준을 더욱 감쇠시키고 차량의 정교함을 향상시킵니다.
구조적 및 음향적 단열:
폼, 고무, 소음 방지 패널과 같은 구조적 및 흡음 단열재를 사용하면 엔진 소음과 진동이 실내에 도달하기 전에 흡수하고 완화하는 데 도움이 됩니다.
이러한 소재는 차량의 차체 구조, 방화벽 및 실내 전체에 전략적으로 배치되어 NVH 수준을 최소화하고 실내 편안함을 향상시킵니다.
소음 제거 기술:
능동형 소음 제거(ANC) 시스템은 마이크와 스피커를 사용하여 원하지 않는 엔진 소음과 진동 주파수를 제거하는 음파를 생성합니다.
ANC 시스템은 엔진 소음을 실시간으로 분석하고 차량의 오디오 시스템을 통해 이에 대응하는 음파를 방출하여 효과적으로 NVH 수준을 줄이고 실내 정숙성을 향상시킵니다.
엔진 캡슐화 및 차체 하부 커버:
엔진 캡슐화 및 차체 하부 커버는 엔진에서 발생하는 진동은 물론 도로 소음, 바람 소음으로부터 엔진실과 차대를 보호하도록 설계되었습니다.
이러한 공기역학적 커버는 엔진 주변의 공기 흐름을 개선하고 난기류를 줄여 NVH 수준을 최소화하고 전반적인 차량 정교함을 향상시킵니다.
엔진 보정 및 튜닝:
엔진 보정 및 튜닝은 엔진 작동을 최적화하여 NVH 수준을 최소화하는 데 중요한 역할을 합니다.
첨단 엔진 관리 시스템은 점화 시점, 연료 분사 시점, 스로틀 반응을 조정하여 다양한 주행 조건에서 엔진 소음과 진동을 줄여 차량의 정교함과 운전성을 향상시킵니다.
진동 댐퍼 및 튜닝 질량 댐퍼:
진동 댐퍼와 튜닝 매스 댐퍼는 엔진으로 인한 진동을 흡수 및 분산시켜 NVH 수준을 낮추고 차량 편의성을 향상시키는 기계 장치입니다.
이러한 댐퍼는 엔진 및 구동계 구성 요소에 전략적으로 통합되어 공진 주파수를 완화하고 차량 구조로의 진동 전달을 최소화합니다.
엔진 소음, 진동 및 충격(NVH)과 공기역학적 최적화 연관성
엔진 소음, 진동 및 충격(NVH, Noise, Vibration, and Harshness)과 공기역학적 최적화는 차량의 주행 성능과 승차감을 높이기 위해 서로 긴밀하게 연결되어 있습니다.
차량의 NVH 특성은 기본적으로 엔진과 구동 부품에서 발생하는 소음과 진동, 도로 충격 등 물리적 요인에 영향을 받습니다.
그러나 고속 주행 시에는 공기 흐름에 의한 외부 소음과 차량의 형상에서 발생하는 공기역학적 저항이 추가로 작용하여 NVH 성능에 영향을 줍니다.
이러한 이유로, 자동차 제조사들은 NVH 성능을 개선하기 위해 공기역학적 설계를 최적화하는 방법을 함께 고려하고 있습니다.
1. 공기역학적 설계와 풍절음 감소
고속 주행에서 NVH의 주요 문제 중 하나는 풍절음(wind noise)입니다.
차량이 빠르게 이동할수록 공기와 차체 간의 충돌로 인해 소음이 발생하며, 이 소음은 주로 창문, 도어 밀폐 부위, 사이드 미러 등 차량 외부 부위에서 집중적으로 발생합니다.
공기역학적 최적화는 이러한 소음을 줄이는 데 중요한 역할을 합니다.
예를 들어, 현대의 전기차와 같은 최신 모델들은 유선형의 디자인을 적용해 공기 흐름을 원활하게 만들고, 사이드 미러를 카메라로 대체하거나 밀폐성을 강화하여 풍절음을 줄입니다.
이를 통해 고속 주행 시 NVH 성능을 개선하고, 실내로 유입되는 외부 소음을 최소화할 수 있습니다.
2. 차량 형상과 진동 감소
차량의 공기역학적 형상은 소음뿐만 아니라 진동에도 영향을 미칩니다.
예를 들어, 공기 저항이 줄어들면 엔진이나 구동 부품에 가해지는 부담이 줄어들어 진동이 감소할 수 있습니다.
공기역학적 설계가 뛰어날수록 공기 저항으로 인한 불필요한 힘의 전달이 줄어들어 부드러운 주행감을 제공하게 됩니다. 이로 인해 차량 부품에 가해지는 스트레스가 줄어들어 진동 및 관련 소음이 감소하며, 결과적으로 NVH 성능이 개선됩니다.
3. 저소음 타이어와 공기역학적 설계의 결합
공기역학적 최적화는 타이어 소음과도 밀접한 관련이 있습니다.
일반적으로 도로와 타이어 간의 마찰은 차량 내로 전달되는 소음의 주요 원인 중 하나입니다.
이를 해결하기 위해 제조사들은 저소음 타이어를 개발하는 동시에, 타이어 주변의 공기 흐름을 개선하는 공기역학적 설계를 적용합니다.
예를 들어, 타이어 주변의 공기 흐름을 분산시키는 디퓨저나 에어로 다이내믹 휠 커버를 사용해 공기 흐름을 개선하여 타이어 소음을 줄일 수 있습니다.
이러한 설계는 타이어 소음뿐만 아니라 연비 효율성에도 긍정적인 영향을 미칩니다.
4. 전기차에서의 NVH와 공기역학적 최적화
전기차는 내연기관이 없어 엔진 소음이 거의 없다는 특징이 있지만, 이로 인해 오히려 도로 소음과 공기역학적 소음이 더 도드라질 수 있습니다.
이에 따라 전기차 제조사들은 전기차 특유의 NVH 개선을 위해 더욱 철저한 공기역학적 최적화를 적용하고 있습니다.
예를 들어, 차체 하부를 평평하게 설계해 공기 저항을 줄이고, 차체 밀폐성을 강화해 외부 소음을 최대한 차단하는 방식을 사용합니다.
이를 통해 전기차가 내연기관 차량만큼이나 조용하고 쾌적한 승차감을 제공할 수 있도록 합니다.
5. NVH와 공기역학적 최적화의 종합적인 효과
NVH와 공기역학적 최적화는 차량의 승차감과 운전 경험을 종합적으로 개선하는 데 중요한 역할을 합니다.
공기역학적 최적화가 잘 이루어진 차량은 소음, 진동 및 충격을 감소시켜 안정적인 주행 성능과 편안한 실내 환경을 제공합니다.
또한, NVH와 공기역학적 성능이 균형을 이루면 연비 향상과 배터리 효율 증대 등 에너지 효율 측면에서도 긍정적인 효과를 볼 수 있습니다.
결론적으로, NVH 성능 개선과 공기역학적 최적화는 서로 보완 관계에 있으며, 이는 단순히 소음과 진동을 줄이는 것을 넘어 전체적인 주행 경험을 향상시키는 중요한 요소입니다.
