자동차에서 발생되는 소음은 여러 가지 발생원으로부터의 복합적인 것으로서 차량의 속도가 고속화하면서 타이어 소음의 기여도가 매우 커지는 것으로 알려져 있다. 타이어 소음은 근본적으로 노면과 타이어의 상호작용에 의하여 발생되는 데 타이어/노면의 상호작용에 영향을 미치는 인자로는 마모상태, 차량속도, 하중, 공기압, carcass 구조, 타이어 온도등 여러 가지가 있으나 tread 모양과 노면의 상태에 가장 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 승용차용 155SR13 radial 타이어를 대상으로 하여 실내에 설치된 dynamometer를 이용하여 groove 의 개수, groove 길이, groove 폭, groove 깊이, groove 방향 등 트레드 패턴 인자가 발생소음에 미치는 기여도를 실험적으로 측정하고 트레드 패턴형상에 따른 소음도를 예측할 수 있는 실험식을 구했다. 또한 단일 groove 내에서 발생되는 소음의 시간신호를 측정하여 모델화하고 차량속도와 groove 사이의 간격에 따른 시간신호를 합성하고 이 신호로부터 FFT 알고리듬을 통해 소음 spectrum을 구하는 소음 예측 프로그램을 개발하였다. 비교적 단순한 tread 패턴에 대해 이를 적용한 결과 실험적으로 구한 spectrum과 상당히 유사함을 볼 수 있었다.
본 고에서 제시한 타이어 소음발생기구에 대한 수학적 모델은 실제활용을 목적으로 정립된 것이다. 이 모델은 프로그램화 되어 타이어 패턴 소음 예측을 위한 컴퓨터 시뮬레이션에 활용되었다. 시뮬레이션에서는 전체 소음도 뿐만아니라 스펙 트럼 특성까지도 예측할 수 있으며, 몇가지 실추결과와 비교하여 만족스러운 수준 의 일치를 확인하였다. 이 기술의 장점은 저소음 타이어 개발에 따르는 시간과 돈을 크게 절약할 수 있다는 것이다. 즉 타이어 설계자가 구상하고 있는 패턴을 컴퓨터에 입력함으로서 타이어의 기본기능을 손상하지 않는 범위에서 최선의 소음특성을 갖는 패턴을 결정할 수 있다. 선진 타이어 업체들은 이미 이같은 방법을 사용하고 있는 것으로 알려져 있으며, 이제 우리도 그 수준에 도달했다고 자부할 수 있다. 그러나 모든 과학기술 이론이 그러하듯이 이 글에서 제시한 모델 역시 결코 완벽하다고 볼 수는 없다. 이 글의 내용이 국내 관심있는 학자들에게 시작할 수 있는 계기가 될 것을 기대하며, 국산 자동차의 저소음화 노력이 더욱 활성화 되기를 희망한다.
도로소음의 주 원인중 하나인 차량의 소음문제가 크게 대두되고 있다. 특히, 차량전체의 소음중에서 타이어 소음이 차지하는 비율이 점점 증가하고 있는 실정을 고려해 볼 때, 앞으로 타이어 소음이 문제시 될 것으로 예상 되어진다. 특히, 승차감 을 향상시키는 차원을 넘어서 환경공해 측면에서 다루어져야 하고, 차외소음을 줄일 수 있는 방사에너지 감소를 위한 연구가 활발히 진행 되어야 할 것으로 사료되어진다.
최근 들어 타이어/노면 소음을 저감하기 위한 다양한 포장공법들에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 저소음 포장공법들을 개발하고자 하는 이유는 도로소음이 고속주행일 경우 도로노면과 타이어에서 발생하는 소음이 지배적이기 때문이다. 대부분의 저소음 포장공법의 핵심연구는 타이어/노면 소음이 노면의 미세조직 및 거시조직의 특성에 영향을 받는다는 점을 고려하여 표층 골재의 입도, 혹은 인위적인 노면조직에 대한 소음을 작게 발생하게 하는 것이다. 이러한 연구에서 어려운 점은 특정한 노면조직 혹은 포장공법에서의 타이어/노면 소음을 평가하기 위해 도로를 건설하고 차량을 주행시켜야 하기 때문에 비용과 시간의 제약을 받는다는 점이다. 따라서 이러한 난점을 극복하고, 다양한 노면조직에서의 소음을 저비용, 단시간에 평가하기 위하여 본 연구에서는 타이어/노면 소음재현장비를 개발하였고, 무타이닝 및 횡방향타이닝 포장에 대하여 타이어/노면 소음을 재현 및 측정을 통하여 개발한 장비의 신뢰성을 검증하였다.
자동차의 온실가스 배출 억제의 일환으로, EU는 자동차타이어에 대한 연비, 안전, 소음에 대한 라벨 부착의무화를 추진함에 따라 빠르면 2012년부터 타이어 라벨 부착이 의무화될 전망이다. 한편, 이와 함께 EU는 각 회원국에게 그린타이어 수요 장려조치를 취할 것을 권유함에 따라 향후 유럽시장 내 그린타이어 수요가 늘어날 것으로 예상된다.
최근, 차량의 생활환경 소음에 대한 규제가 점점 강화되고 있다. 특히, 차량으로부터 발생하는 여러 가지 소음원 중에서 타이어로부터 발생하는 소음의 비중이 점점 증가하는 추세이다. 따라서, 본 연구에서는 타이어의 트레드밴드로 부터 발생하는 소음에 대하여 연구하였다. 본 연구에서는 타이어 트레드밴드를 장력, 감쇠, 기초강성 둥이 고려된 무한 보로 가정하였고, 타이어 트레드밴드에 조화집중이동하중이 가진 될 때 트레드밴드로 부터 발생하는 소음을 예측하고자 하였다. 트레드밴드로 부터 방사되는 음향파워는 공간좌표의 푸리에 변환을 이용하여 예측할 수 있으며, 타이어 내부 공기압에 의한 장력, 재질의 특성에 의한 감쇠, 기초강성 둥의 변화가 트레드밴드로 부터 방사되는 음향파워에 미치는 영향을 조사하였다. 한편, 본 연구에서 제시한 모텔은 저소음 타이어 개발을 위한 타이어 설계 자료의 일환이다.
포장파손과 IRI 등의 요소들은 포장상태를 평가하는 중요한 요소이다. 최근 들어 주행쾌적성에 영향을 주는 타이어-노면소음을 포장관리 시스템에 포함시키는 필요성이 대두되고 있다. PLP(Portable Laser Profiler)를 이용하여 주행 중 노면조직특성인 평균프로파일깊이(MPD)를 측정할 수 있는 기법이 개발되었다. 일반적으로 타이어-노면소음은 노면조직특성에 따라 다르게 발생하며, 타이어-노면소음을 예측하는 유용한 정보로 사용할 수 있다. 본 연구에서는 아스팔트 구간의 노면조직특성에 따른 타이어-노면소음을 평가하기 위해 다수의 아스팔트 구간에서 MPD와 타이어-노면소음을 동시에 측정하여 데이터를 획득하였으며, 통계학적 분석을 통해 타이어-노면소음 추정식을 제안하였다.
편집자주 : 일반적으로 공해중에서도 가장 심한 것이 소음과 진동문제로 생각된다. 고무공업에 있어서의 소음과 진동은 지산업에 비해 다소 적다고 한다. 용도지역별로 보면 지산업과 마찬가지고 거주지역과 준공업지역에서 압도적으로 많다고 한다. 한편 최근에는 저주파진동(공기진동)까지도 주의할 필요가 있다고 한다. 본고는 일본 석천도방음공업(주)의 연구논문에거 발췌한 것으로, 특히 고무공장의 공해문제대책에 많은 도움이 되었으면 합니다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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