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정밀하게 조정된 사륜구동차용 음향 롤러 동력계지멘스, 콤팩트형 NVH 동력계

[FA저널 SMART FACTORY 박규찬 기자] 독일 렌팅시 소재 음향 센터는 최첨단 사륜구동차용 음향 롤러 동력계를 개발했다. 아주 소형의 디자인이 특징으로 자동차 개발시 평안한 승차감, 즉 진동 수준이 낮은 조용함을 목표로 할 때 요구되는 특정 사항을 해결한다. 제어되는 각각의 모터 드라이브가 콤팩트형 전체 개념의 한 부분으로써 서로 조화되고 조정되는데 그 초점이 있다.

지멘스 휴대용 패널을 사용한 차량 시험 [사진=지멘스]

운전자는 가능한 최고의 안전 수준과 우수한 가격 대비 성능 비율 외에도 높은 수준의 편안함과 세련미를 기대한다. 여기서 차량 전체의 소음 배경이 결정적인 역할을 한다. Akustikzentrum Lenting(AZL)사와 같은 업체는 최첨단 기법을 사용해 불쾌한 잡음이나 진동을 잡아내는 기술 장비와 노하우를 자동차 제조업체에 제공한다.

AZL은 2013년 초 이래 지멘스와 긴밀한 협력을 통해 최신 세대의 롤러 동력계를 성공적으로 사용해 왔다. 

AZL의 마이클 제너(Michael Zehner) 대표는 “우리는 신규 동력계를 위한 자동화, 저전압 개폐 장치, 구동 기술, 사용자 인터페이스, 및 운용 기기 등의 분야에서 전적으로 지멘스의 제품을 선택했다”며, “이러한 결정을 한 이유는 제품에 10년 동안 필요할 때마다 예비품이 제공되는 고품질의 부품이 설치됐다는 점을 고객들이 좋아했기 때문”이라고 설명했다. 이러한 협력의 결과가 바로 세계 최소형 음향 사륜구동 롤러 동력계다.

제너 대표는 공간은, 특히 시험대를 현대화하고자 하는 OEM에게 중요한 이슈기 때문에 구형 시험 시스템은 제거하고 신규 요구 사항을 준수하는 고성능 시스템을 지정된 공간에 설치해야 한다고 설명했다. 특히 우리 제품은 디자인이 극도로 소형이라는 특별한 장점을 갖고 있으며 일반적으로 대체되는 시스템보다 적은 공간을 차지한다고 언급했다.

수냉식 Simotics T-1FW3 토크 모터 4대를 개별 드라이브로 시험대의 동력계 드럼에 직접 장착해 콤팩트형 디자인을 가능하게 했으며 영구 자석 동기 모터 4대에 기초한 이 솔루션으로 AZL은 해당 부문에서 성공적으로 완전히 새로운 시대를 선도했다.

제너 대표는 “우리는 콤팩트형 전체 개념의 단축 모터 드라이브를 출시하고자 해 모터가 자체 기초에 장착되고 장축을 통해 동력계에 체결되는 직결 드라이브를 채택하는 전통적인 시스템 개념을 개발했다”며, “이는 독창적인 개념으로 단단한 기계식 전송의 결과로 매우 우수한 폐-루프 제어 품질을 달성할 수 있다”고 강조했다.

아래쪽에서 본 지멘스 Simotics T-1FW3 토크 모터를 장착한 콤팩트형 롤러 동력계 [사진=지멘스]

AZL에서 시행되듯이 음향 시험은 특히 폐-루프 제어 기술에 관련한 특별 요구 사항을 충족해야 합니다. 예를 들면, 다양한 도로 조건을 시뮬레이션하기 위해 다양한 표면이나 작은 장애물을 장착한 동력계 롤은 완벽히 동기화돼 작동해야 한다. 또한, 사용자가 개별 롤을 정밀하게 제어해 코너 주변 운전을 시뮬레이션 할 수 있어야 한다.

제너 대표는 “노면의 기복을 시뮬레이션하기 위해 배플을 롤에 부착할 때 배플은 좌·우측 바퀴와 한 치의 오차도 없이 동시에 접촉해야 하는데 그렇지 않으면 매번 다른 소리가 나게 된다”며, “고속에서도 롤을 밀리미터 수준의 정밀도로 제어하는 Sinamics 드라이브의 제어 능력으로 이를 쉽게 달성할 수 있었는데 이것이 결정적인 요소”라고 설명했다.

폐-루프 제어의 핵심은 Drive-CLiQ 드라이브 버스를 통해 Sinamics S120 동력 장치와 통신하는 통합적 제어장치 내장 구동 기반 Simotion D435-2 DP/PN이다. 에너지 복구가 가능한 Sinamics S120 다축 구조는 개별 드라이브가 DC 링크를 통해 에너지를 교환하게 한다. 이는 라인 전원 공급 장치에서 끌어들이는 전력이 별도의 인버터를 사용한 경우보다 더 작다는 것을 의미한다.

폐-루프 제어에서 지멘스 인버터의 높은 동적 실행은 필요에 따라 자동차 운행과 발전 운영 사이를 끊김 없이 그리고 순간적으로 오고 간다. 전체 시스템은 드라이브 자체에 동적 제어 기술과 PLC 기능을 통합해 특히 높은 반응 속도를 가진다.

제너 대표는 “Simotion은 4축의 폐-루프 제어와 여러 운영 모드를 관리하는 한편 ET200S는 보조 장치와 안전 프로그램을 처리한다”며, “개별 모듈은 Profisafe 프로파일을 가진 Profinet을 통해 통신하며 다축 인버터에 내장된 안전 기능을 안전 관련 방식으로 제어할 수 있다”고 설명했다.

DC 링크를 통하여 개별 구동장치가 에너지를 교환하게 하는 에너지 복구 가능 Sinamics S120 다축 구조 [사진=지멘스]

롤 동력계는 Microbox-PC Simatic IPC427을 통해 제어실에서 운전한다. 또한, 시험 드라이버는 전체 시스템의 Profinet에 무선으로 연결된 Simatic Mobile Panel 277F IWLAN에서 시험대의 많은 기능과 파라미터를 제어할 수 있다. 휴대용 패널에는 안전 기능에 통합된 긴급 ‘차단’ 누름 버튼이 있어 차량 내부에서 편리하게 구동할 수 있다.

렌팅시 소재 음향 센터의 음향 사륜구동 롤러 동력계 프로토타입은 초기 시험 운전 이래 그 기능을 입증했으며 일상적 용도의 차량 개발에 있어 신뢰할 수 있는 구성요소다. 다른 고객들 역시 신규 드라이브와 자동화 개념을 구매하고 있다. 2014년 여름, 한 자동차 업계 고객사에 거의 동일한 시스템을 공급했다.

또한, 아시아 시장을 겨냥한 롤러 동력계도 구축하고 있다. 제너 대표는 “으리가 공급하는 시스템은 대개 고객 맞춤 기능을 포함한다”며, “당사는 의식적으로 모듈형 시험대 설계를 구현해 다른 프로젝트에 특정 요소를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 개별 고객 요구 사항에 대처할 수 있다”고 언급했다. 그는 또 “결과적으로 각각의 지멘스 구성요소가 서로 쉽게 소통할 수 있어 커다란 장점이 된다”며, “또한 지멘스의 담당자가 항상 대기 중이어서 안심할 수 있다”고 덧붙였다.

[박규찬 기자 (editor@infothe.com)]

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