부밍소음 평가지수와 음질 평가지수를 이용한 차량 흡기시스템의 최적설계 연구

Abstract

본 연구에서는 우선 성공적인 흡기시스템을 위해 품질기능전개, 잠재적 고장형태 및 영향분석, 특성요인도 기법들을 이용하여 흡기시스템에 대한 초기설계와 시스템적 분석을 수행하였다. 이어서 흡기시스템의 성능향상과 강건설계를 위해 두개의 음향 탐촉자법과 다구찌방법을 사용하여 흡기시스템에 대한 실험계획을 수행하였다. 흡기시스템의 전달손실을 위해 사용된 두개의 음향 탐촉자법은 음파 분리이론에 따라 구할 수 있다. 흡기시스템의 소음 저감 성능을 나타내는 전달손실은 입력단과 출력단의 두 개의 마이크로폰에 대한 상대적인 음향파워를 측정함으로써 구하였다. 그리고 흡기시스템의 강건설계 파라미터들은 설계과정을 통해 최적화된 다구찌방법의 손실함수를 적용함으로써 구하였다. 추가적으로 단품상태에서 제안된 강건설계 파라미터들의 전달손실과 실차상태에서의 흡기 오리피스소음에 대한 비교작업이 수행되었으며, 이들간의 상관방정식이 도출되었다. 제안된 방법의 효과성을 검증하기 위해서 모평균값에 대한 점추정치를 사용하였다. 또한 본 논문에서는 객관측정 데이터들과 주관평가치들의 상관분석과 다중 회귀분석을 통하여 흡기부밍소음을 평가하기 위한 평가지수를 개발하였다. 이를 위해 먼저, 급가속 시험조건에서의 흡기 오리피소소음을 측정하였다. 그런 다음, 정차상태에서의 흡기 오리피스소음과 실내소음과의 음향전달함수를 측정하였다. 동시에 8명의 전문 엔지니어들에 의해 10-scale 방식으로 주관평가를 실시하였다. 이어서 측정된 데이터들로부터 유도된 청감음향 파라미터들과 주관평가사이의 상관분석을 수행하여 중요지수를 우선 찾고, 이들 지수를 가지고 다중 회귀분석을 통해 흡기부밍소음에 대한 주관평가와 일치하는 지수들을 얻을 수 있었다. 그리고 전체적인 차량소음원의 음질에 대한 선형회귀모델을 확립하기 위하여 실차 가속 주행조건에서의 객관측정 데이터를 얻고, 이를 토대로 주요한 청감음향인자들을 추출한 후 다수의 소음진동 엔지니어에 의해 주관평가를 실시하였다. 주관평가는 차량의 소음을 두 가지씩 한 쌍으로 조합을 만들어 평가하는 쌍대비교법을 사용함으로써 음질에 대한 차량의 선호도를 추정하였고, 의미분별척도법과 요인분석 기법등을 이용하여 소음에 대한 평가자의 감성을 적절히 표현할 수 있는 형용사쌍의 평가어휘를 평가함으로써 차량의 음질 특성을 구분하였다. 이로부터 상관분석과 다중 회귀분석을 실시하여 인간의 청감을 잘 대변할 수 있는 청감모델을 도출한 후 이를 지수화하였다. 그런 다음, 주관적 평가치들의 객관화를 위해 각각의 소음에 대해 10-scale의 평가방법을 이용하여 평가하고 이를 객관적 데이터들과 비교함으로써 각각의 주행조건에서 대표적인 음질지수(GMDSI, GM-Daewoo sound quality index)를 개발하였다. 아울러 흡기소음에 대한 음질과 전체 차량소음에 대한 음질을 비교하여 검토함으로써 그 상관관계에 대하여 분석하였다. 최종적으로는 앞서 개발된 단품상태에서의 강건설계 기법과 실차상태에서의 흡기부밍소음 평가지수, 그리고 흡기음질 평가지수를 통하여 소음과 음질 측면에서 흡기시스템에 대한 최적화 작업을 수행함으로써, 시스템 엔지니어, 설계자, 시험자들로 하여금 흡기시스템을 개발시 흡기시스템 최적화 절차에 대한 하나의 지침을 제시하였다.