차량이 주행할 때 여러 부분에서의 유동 교란과 압력 fluctuation에 의해 표면 압력 변동이 발생합니다. 이러한 압력 변동에 의해 발생하는 음압으로 인해 실내의 탑승자에게 불편한 소리가 전달됩니다. 일반적으로 와이퍼와 카울 형상에 의해 발생하는 vortex는 윈드실드 음압형성에 영향을 주고, A-필러와 사이드 미러에 의해 발생하는 vortex 및 wake는 사이드 글라스 음압 형성에 영향을 줍니다. 아래 그림은 차량의 각 컴퍼넌트에서 발생하는 유동 vortex 및 wake를 보여줍니다.

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그 중 와이퍼의 경우 자동차 바람소리 성능에 큰 영향을 미치는 요소이며, 차량 디자인이 고정되기 전에 디자인을 점검하고 바람소리 수준을 예측하는 것은 매우 중요한 일입니다. 본 글에서는 유동해석 소프트웨어인 PowerFLOW를 사용한 와이퍼 바람소리 해석 기법에 대해 소개합니다.

PowerFLOW를 사용한 와이퍼 바람소리 해석 프로세스

바람소리 해석 프로세스는 모델준비 단계 > 해석셋업 단계 > 시뮬레이션 단계 > 후처리 단계로 나누어 집니다.

와이퍼 바람소리 해석을 위한 모델 구성

– 와이퍼 주변부 유동 특성을 예측하기 위해 와이퍼의 형상을 디테일하게 모델링

– 윈드실드 표면 압력 변동 특성을 예측하기 위해 윈드실드 표면에 조밀한 격자 생성

와이퍼 바람소리 해석을 위한 케이스 셋업

와이퍼 바람소리 분석을 위해서는 후드 앞쪽부터 와이퍼 부근까지 흐르는 유동을 정확히 계산해야 하며, 압력 변동을 파악하기 위한 measurement 셋업이 필요합니다. 와이퍼에 의해 발생하는 윈드노이즈는 사이드 글라스에 비해 윈드실드에서 대부분 나타나며, 아래 테이블은 와이퍼 바람소리 해석에 필요한 셋업 조건 및 measurement 설정 조건입니다.

와이퍼 바람소리 분석 기법

1. Interior Noise Transmission Module을 사용한 차량 Cabin 내에서의 실내음 계산

– 통계적 에너지 분석 기법(SEA)을 통하여 원하는 Cabin 위치에서의 외부바람 압력 변동에 의해 생성되는 소음 스펙트럼 계산 가능

– Cabin type은 Sedan, SUV, Heavy Vehicle을 선택 할 수 있으며, 윈드실드 및 사이드 글라스, 뒷 창문을 measurement face로 선택 가능

– FFT를 통해 주파수 별 SPL 값을 계산 가능하며, Hz 영역을 지정하여 overall SPL값 계산 가능

​2. Signal Processing Base Module을 사용한 윈드실드 음압 계산

– 스펙트럼 계산을 통해 음장을 시각화 함으로써, 차량 개발자가 어떤 부분을 개선해야 할 지 판단 가능

– 윈드실드 DP/DT: 와이퍼를 지나 면서 발생하는 유동 vortex 성분이 윈드실드 면에 충격을 가하게 되고, 이 충격에 의해 발생하는 압력 변화를 시간에 따라 확인 가능

– 윈드실드 dBmap, Acoustic dBmap: 유동의 Turbulence 성분과 소음성분이 함께 표현되는것을 dBmap이라고 하며, 음장길이로 필터링하여 소음성분만 남긴 것을 Acoustic dBmap이라고 합니다. 두가지 모두 관심있는 주파수 영역으로 필터링한 음압을 확인 가능하고, 어떤 부분에서 음압이 강한지 확인이 가능 합니다.

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3. FIND Module을 사용한 윈드실드 주변부 소음원 계산

– Lambda2 vortex, FIND(Flow Induced Noise Detection): Lambda2 vortex란 와이퍼를 지나면서 발생하는 유동 vortex의 크기 및 규모를 뜻합니다. 또한 이런 vortex 유동을 FIND Module을 사용해 공간상의 소음원을 찾아낼 수 있습니다.

맺음말

디자인 단계에서 와이퍼 바람소리 성능 예측 및 개선방향 도출을 위해서는 시뮬레이션이 필수적입니다. SIMULIA Brand의 유동해석 솔루션인 PowerFLOW를 사용하여 와이퍼 형상 및 위치, 후드 형상 및 카울탑 형상 등을 소음개선을 위한 형상 최적화 또는 파라미터 스터디를 진행하면 빠른시간내에 최적 디자인 가이드를 도출 할 수 있습니다.

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