자동차부품의 소음진동 점검기술과 장비
Noise and Vibration Check up System for Parts of an Automobile

손교은 / 이엔에스시스템 전 세계 하이브리드차 시장은 일본과 북미 호조에 힘입어 금년 7월까지 84만대 규모로 성장했으며 연말까지 100만대를 돌파할 것으로 예상된다. 불과 몇 년 전까지만 해도 헐리웃 스타와 소수 소비자를 중심으로 판매되던 하이브리드차가 연 100만대 판매, 누적 판매 500만대를 기록하며 내연기관차량과 마찬가지로 일반화되고 있다. 본고는 향후 양적 성장과 함께 질적 변화가 예상되는 하이브리드차 시장의 성장 배경과 향후 변화 방향을 살펴보고자 한다.

1. 서론

자동차에 대한 소비자의 요구는 점점 많아지고 소비자의 관심 또한 다양하게 변화하고 있다. 과거에는 성능이나 출력, 충돌안전, 내구성 등이 주 관심사항이었지만 최근에는 이를 포함한 차량의 감성품질인 소음진동에 대한 부분까지 확대되고 있다. 따라서 그동안 연구개발, 또는 특정부문 담당자들의 주요 관심사항이었던 진동소음 관련 일들이 최근에는 연구개발 담당자는 물론 양산공장, 정비 서비스, 부품사의 품질담당자에까지 관심을 기울여야 하는 중요항목으로 떠오르게 된 것이다. 특히, 정비현장에서 소비자의 소음진동에 대한 요구가 점점 늘어나고 있는데, 그 이유는 차량의 성능, 안전, 내구품질 등이 안정화 되면서 상대적으로 취약한 소음진동에 대한 사항들이 주요 이슈가 되고 있고 이는 자동차 협력사의 품질담당자들에게도 중요한 관심사항이 되고 있다.
일반적으로 소음진동에 대한 대응방안은 연구소, 생산공장, 정비부문간 접근방법이 다르다. 그 이유는 부문 간 관심사항이 다르며 판단기준과 주요상대고객, 전문성 등에 차이가 있기 때문에 통상 연구부문의 접근방법(측정장비, 분석기준등)을 생산공장이나 정비현장에 적용하기에는 어려움이 있고 각 부문의 공통된 상관성을 찾기는 쉽지 않다. 완성차메이커와 차량관련 부품사들의 연구소에서는 소음진동 전문가들이 차량 및 부품의 개발과정에서 많은 노력을 기울이고 있지만, 다수의 차량과 다수의 부품을 취급해야 하는 현장 여건상 진동소음에 대한 접근방식이나 기술적인 이해, 적합한 장비가 없어 공장이나 부품사, 정비서비스에서 다양한 진동소음 요구를 대응하기 쉽지 않는 것이 현실적인 상황이다. 현재 정비서비스 또는 부품의 품질부문 담당자들의 진동소음 대응방안이 일반적으로 다소 주관적이고 일정한 기준이나 재현성이 없음으로 인해 객관적인 소음진동 점검이 이루어지지 않아 신뢰성에 의심을 가지는 경우가 빈번하게 발생하며, 또한 정상적인 부품의 무리한 교체로 인해 부품사들은 품질비용이 늘어나게 되는 경우가 발생할 수도 있다.

2. 소음진동 점검기술

현장에서 소음진동 점검을 위해 요구되는 기술은 많지만 우선적으로 장비를 통해 발생현상을 객관화 할 필요가 있다. 현재 국내는 범용 산업용 소음계 또는 진동계가 존재하고 있으나 대부분 연구용 외산 장비이며, 또한 국내에 활용할 수 있는 관련 장비들 대부분 자동차 현장에서 사용하기에는 기술적인 배경이 어렵고 고가의 장비여서 적용이 쉽지 않다. 또한 저가형 장비들은 그 기능이 제한되어 자동차 품질 및 정비현장에 적합하지 않는 경우가 많다. 따라서 자동차 메이커와 자동차부품사들은 소음진동에 대한 품질비용이 줄어들지 않고 있으며 소비자의 입장에서도 소음진동에 대한 정확한 점검이 이루어 지지 않음으로 인해 과다한 차량유지 비용이 늘어나게 될 수도 있다. 또한, 장비 이외에도 소음진동에 대한 기본개념과 현장에 적합한 기술적 이해가 필요하기 때문에 현장의 소음진동 비전문가들에게는 초기엔 접근이 생소할 수도 있겠지만 조금의 노력을 기울인다면 보다 유용하게 활용하여 다양한 응용이 가능할 수 있을 것이다. 측정결과의 신뢰성을 높이기 위해서는 측정 전에 측정기준과 일정한 진단가이드가 설정되어야만 일관성 있는 결과를 얻을 수 있고 데이터의 편차를 줄일 수 있다. 측정기준과 사용 장비 또는 분석기준에 따라 측정결과들이 상이하게 판단될 수 있는 여지가 많기 때문에 장비뿐만 아니라 아래와 같은 측정기준이나 분석기술도 중요한 요소가 된다. (1) 진동센서의 역할과 측정위치, 센서고정 방법 (2) 입력신호에 감도설정 및 신호 측정범위 (3) 타임신호와 주파수신호, 평균값과 주파수레벨 연구전문가들은 이러한 것을 고려할 여건이 되지만 현장에서 여러 가지 사항을 대응해야하는 품질담당 엔지니어나, 정비엔지니어들이 소음진동 점검에 접근이 쉽지 않았던 이유 중에 하나이다. 하지만 최근에는 상기와 같은 내용을 고려하여 자동차에 커스터마이징된 현장용 소음진동 장비가 출시되고 있다. 다양한 현장경험을 가진 품질 및 정비엔지니어들이 위와 같은 사항을 이해하고 접근한다면 부품의 진동수준, 산포 등을 객관적, 체계적으로 접근하여, 신뢰성 있고 한 단계 높은 품질점검이 가능하다.

3. 소음진동 장비 활용방안

현장에서 소음진동 관련 장비활용은 아직은 미미한 수준이지만 최근에는 메이커와 자동차부품사들을 중심으로 차량 및 부품의 소음진동에 대한 점검을 장비를 활용하여 점진적으로 진행하고 있으며 그 효과를 보고 있다. 소음과 진동의 요구비율이 7:3정도 이지만 대부분 소음에 관련된 원인이 진동에 의한 영향이 많기 때문에 장비의 활용도는 진동이 많다는 것을 이해할 필요가 있다. 또한 진동은 소음보다 주변 여건이나 환경에 영향을 적게 받기 때문에 현장에서 좀 더 객관적으로 재현성 있게 차량을 평가할 수 있다. 차량에서 소음진동 발생부위는 불규칙하고 일정하지 않은 부분이 많고 또한 부품사마다 제조하는 부품들이 다양하기 때문에 관심 및 의심부품에 진동센서를 부착하거나 접촉하여 평가가 가능하다. 최근에는 엔진부품(마운팅 등), 미션부품, 모터부품, MDPS 및 현가/조향장치 관련 부품사의 품질담당자들의 활용 폭이 커지고 있다. 장비에서 측정 및 저장 확인 후 데이터를 컴퓨터로 이동하여 다양하게 평가 결과를 분석, 확인할 수 있다.

3.1 데이터 비교평가

차량의 소음진동 특성을 데이터화하기 위해서는 앞장에서 언급한 것처럼 일정한 측정기준과 분석기준이 필요하다. 측정환경과 조건에 따라 측정값의 편차가 크게 발생할 수 있는 소음은 현장에서 적용이 쉽지 않으므로 진동 값을 활용하여 차량 및 부품의 데이터를 구축하여 비교할 수 있다. 표3은 엔진마운팅 댐퍼 전/후, 시트레일 측에서 동일차종 5대에 대한 차량 및 부품의 진동레벨 비교결과이다. 진동의 주요원인 엔진마운팅 댐퍼 전의 레벨 값은 타 위치보다 상대적으로 크지만 차량에 대한 편차들은 크지 않다. 하지만 현상계인 시트레일 측에서는 상반된 결과를 나타내고 있다. 이를 통해 진동 값들이 전달계를 통해 절연되는 정도와 상호연관성을 확인할 수 있다.

3.2 부품점검 효과

(1) 윈도모터 정상여부 구분사례 기존 윈도모터 품질 검사 시, 모터의 작동성능에 대한 정확한 검사 판단의 어려움이 있었다. 윈도우 개폐 시 속도가 일정하지 않은 현상이 발견 가능성이 있어, 진동측정을 통하여 정상여부를 구분해낸 사례이다. (2) 아이들러 불량추적 사례 엔진룸에서 이상소음이 발생하여 진동센서를 의심부위에 접촉하여 소리를 들어보면서 원인을 찾아낸 사례이다. 아이들러에 이물질이 흡착되어 벨트 회전 시 비정상 소음을 유발하게 되었고, 장비를 통해 아이들러 교체 전, 후의 데이터를 비교 평가하여 원인 추적에 대한 엔지니어들 간의 상호이견을 좁히고, 조치를 신속하게 대응한 사례이다. (3) 스테빌라이저 점검사례 주행 중 고속방지턱을 넘을 때 이상소음이 발생하여, 그 원인에 의심이 가는 스테빌라이져 부싱부위에 진동센서를 부착하여 저속운전을 하면서 데이터를 비교하여 좌측 부싱 측에서 이상소음이 들리는 것을 정확하게 찾아낸 사례이다. (4) 품질보증 만족사례 출고 1개월 된 신차고객이 차량의 쇽업쇼바 고장의심을 사유로 보증수리를 의뢰한 사례이다. 좌, 우 쇼바볼트에 진동센서를 부착하여 데이터를 통해 좌, 우 쇽업쇼바의 신호와 레벨 값을 보여 주어 정상적인 수준인 것으로 진단하여 고객감성 불만에 대한 만족한 진단을 이루어낸 사례이다. (5) 부품이상 원인 추적 12만Km이상 주행한 차량에서 주행 중 이상소음 발생하여 정비의뢰 된 차량이다. 여러 가지 원인을 추적하던 중 터보차저에 의한 것으로 추정되었다. 장비를 활용하여 동일연식의 부품과 데이터를 비교하여 발생현상에 대해 설명을 함으로써 소비자가 본인의 차량 상태를 객관적으로 이해하여 정상적인 부품으로 원활하게 정비가 이루어진 사례이다.

4. 결 론 그동안 현장에서 다소 주관적으로 평가하던 자동차의 단품 및 실차상태의 소음진동 관련점검을 장비를 활용하여 부품의 이상 유무를 객관적으로 점검, 관련 담당자들의 업무처리와 점검시간이 효율적으로 개선되고, 차량 및 부품의 소음진동 현상을 정량화된 데이터를 통해 지속적으로 일관성 있게 품질관리가 가능하게 하여 부문 간 원활한 의사소통과 불필요한 비용을 절감할 수 있다. 향후, 하이브리드나 전기자동차 등 휘발유나 디젤엔진의 폭발 또는 연소 방식보다 조용한 구동방식이 도입될 경우, 엔진소리에 묻혀 드러나지 않던 각종 진동소음 관련사항이 소비자에게 더욱 민감한 불만사항으로 인식될 것으로 전문가들은 인지하고 있으므로 현장에서 소음진동 장비의 활용도는 더 늘어날 것으로 예측하고 있다 품질 및 서비스현장에서 타 분야에 비해 상대적으로 미개척 분야인 진동소음 관련 점검기술이 앞으로 지속적으로 발전되었으면 하는 것이 바람이다.