다운사이징된 9단 듀얼클러치 변속기의 동적성능해석

Abstract

초 록

최근 자동차 산업에서는 강화된 환경규제에 대응하기 위하여 다운사이징 및 연비 향상을 주제로 많은 연구가 이루어지는 중이다. 본 연구에서는 수동변속기반의 자동변속기성능을 가지고 있어 동력성능과 연비 효과에서 뛰어난 듀얼 클러치 변속기를 연구대상으로 하여 다운사이징을 하면서 다단화를 이룰 연구방법을 모색하였다. 최근 많은 차량에 탑재 중인 전진 7단 및 후진 1단 기능이 있는 7단 듀얼 클러치 변속기를 기본으로 삼았으며, 싱크로나이저 1개와 기어 1셋을 입력축에 추가하여 부피변화 없이 다운사이징하여 전진 2단이 증가된 9단 듀얼 클러치 변속기를 제시하였다. 9단 듀얼 클러치 변속기가 탑재 되었을 때 정상적인 작동을 하는지 알아보기 위하여 엔진부터 바퀴까지 파워트레인 요소들의 모델링을 하였으며, 컴퓨터 시뮬레이터를 매틀랩으로 구성하여 9단 듀얼 클러치 변속기를 탑재한 차량의 모의주행을 수행하였다. 파워트레인은 엔진, 듀얼 매스 플라이 휠, 듀얼클러치, 변속기, 싱크로나이저, 드라이브 액슬, 타이어, 주행저항으로 구성하였다. 엔진은 엔진맵의 마력곡선과, 토크곡선을 이용하여 모델링하였고, 그 외 파워트레인 구성요소는 본드그래프를 통하여 각각의 메커니즘을 운동방정식으로 나타냈다. 또한 변속기의 메커니즘을 정상상태와 과도상태로 나누어 각각의 특성을 고려하여 운동방정식으로 나타냈다. 매틀랩으로 컴퓨터 시뮬레이터를 구성함에 있어서는 파워, 노멀, 이코노믹 모드로 나누어 각 모드에서 중점으로 둔 요소들을 바탕으로 변속을 수행할 수 있도록 설정하였다. 파워모드는 가속도에 중점을 두었고, 이코노믹 모드는 연비에 중점을 두었으며, 노멀모드는 두 가지 다 만족할 수 있도록 중점을 반반씩 두었다. 시뮬레이션을 통해서는 9단 듀얼 클러치 변속기의 동력단절이 없음을 확인 하였고, 변속과정에 있어서 정상적인 주행도 확인하였다. 또한 0 to 100km/h까지 걸리는 시간, 견인력을 통해 9단 듀얼 클러치 변속기를 탑재한 차량의 동적성능을 확인하였고, 각각 변속스케쥴에 따른 특성과 차이를 분석하였다. 최종적으로 연비 개선 효과 검증을 위해 Japanese 1015와 NEDC 모드의 모의주행을 수행하였고, 각 모드에 해당하는 시간 동안 사용되어지는 연료 소모량과 연료효과의 특징을 확인하였다.