지난 십여 년 전부터 자동차 연비에 관한 법적 규제가 강화되고 소비자의 자동 변속기에 대한 기대치가 증가하면서, 오랜 역사를 가지면서도 신뢰성의 부족 등의 이유로 그 동안 유단 자동 변속기에 가리어 빛을 보지 못하던 무단 변속기가 관련 소재 및 가공 기술의 발달에 힘입어 점차 주목을 받고 있다. 여기서는 자동차용으로 사용될 수 있는 무단 변속기의 핵심 요소인 무단 변 속기구 몇 가지에 대하여 소개하고 최근의 무단 변속기 개발 동향에 대하여 소개하기로 한다. 그리고 여러 가지 무단 변속기 중에서 무단 변속 기구와 유성 기어를 사용하여 구성할 수 있는 무단 변속기의 구조와 특성에 대하여 논하고 이러한 특성을 이용하여 구성할 수 있는 무단 변 속기의 시스템 구성 원리와 작동 원리에 대하여 소개하기로 한다
트랙터 작업은 일반적으로 부하의 변동이 크기 때문에 잦은 변속이 요구되며, 견인 또는 다양한 작업기의 구동 등 작업 조건에 따라 적합한 작업 속도를 얻기 위한 많은 변속 단수가 요구된다. 이러한 특성 때문에 트랙터의 변속기는 큰 견인 부하에서도 정지하지 않고 원하는 속도로 원활하게 변속할 수 있어야 하며 동시에 동력 손실을 최소화할 수 있어야 한다 따라서, 트랙터 변속 장치는 작업 능률과 전동 효율을 동시에 고려할 경우, 작업 능률이 놀은 유압 변속과 동력 전달 효율이 놀은 기계식 동력 전달을 조합한 파워시프트 변속이 가장 우수한 것으로 판단된다. (중략)
변속기에서 발생하는 치타음을 클러치를 통하여 해결하려는 방법으로 자동차 중립시와 주행시 각기 다른 비틀림특성을 갖는 클러치를 대상으로 한 실험으로부터 엔진플라이휠, 인풋기어, 변속기 케이스의 진동을 측정하고 분석함으로써 다음과 같은 결론을 얻었다. 자동차 중립시나 주행시에 수동변속기에서 발생하는 치타음은 클러치를 통하여 해결될 수 있음을 알 수 있었다. 클러치의 프리댐퍼와 메인댐퍼의 비틀림강성과 히스테리시스는 중립시와 주행시 치타음에 대해 각기 다른 특성을 갖게 되는데 메인 댐퍼만으로 구성된 클러치는 주행시에는 치타음을 제거하는데 효과적이지만 중립시에는 인풋기어의 비틀림 공진에 의하여 변속기가 가진되어 치타음이 발생하였다. 주행시 변속기 치타음 제거효과를 감소시키지 않고 중립시 변속기에서 발생하는 치타음을 제거하기 위해 메인댐퍼만으로 이루어진 클러치디스크에 프리댐퍼 부분을 첨가하여 보았는데 자동차 주행시의 치타음 제거효과를 유지하면서 중립시의 치타음을 제거시킬 수 있다는 것을 확인하였다.
부하변동이 크고 전ㆍ후진 작업이 많아 잦은 변속이 요구되는 트랙터 작업의 특성에 의해 작업성과 효율, 양 측면에서 다루어진 변속 방식이 파워시프트를 이용한 변속방식이다. 세계적으로 60년대 이후부터 보급되기 시작하여 수동 변속기 다음으로 보편화되어있는 이 변속 방식은 특히 대형 트랙터에 기본으로 장착되어야 하는 것으로 여겨지고 있기 때문에, 해외수출을 위해서는 반드시 장착되어야 하는 것으로 받아들여지고 있다. 그러나 우리나라에서는 최근에야 트랙터용 파워시프트의 국산화를 위한 개발과정에서 연구가 이루어지고 있는 실정이고, 개발 중에 직면하는 다양한 문제는, 파워시프트 변속기에 대한 이해와 해석 기술의 부족에 기인한 것으로 생각된다. 그러므로, 파워시프트 변속기에 대한 시스템 해석 기술을 개발, 제공하는 것이 필요할 것으로 판단된다. (중략)
본 연구에서는 초소형 특수목적형 전기자동차에 적용 가능한 초소형 변속기에 대한 연구를 진행하였다. 일반적으로 전기자동차에서는 다단 기어형태의 변속기를 삭제하고 모터의 출력을 제어하거나 감속기를 통해 초기 구동력을 확보한다. 그러나 전기카트나 경형 전기자동차와 같은 초소형 차량에서는 배터리 용량이 상대적으로 적기 때문에 적재 상태에 따라 주행 거리가 감소하거나 모터에 부하가 가해질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 CVT(Continuously Variable Transmission)의 변속 메커니즘을 적용하여, 구배 상태나 적재 상태와 같은 필요한 상황에서 변속이 가능한 고단 0.625와 저단1.6의 기어비를 갖는 2단 구조의 감속기를 개발하였다. 선정된 기어비를 기반으로 변속기를 설계하고, 개발된 변속기의 동력 전달 효율을 검증하기 위해 시험기를 제작하였다. 이 시험기를 통해 변속기의 회전 속도와 부하량을 변화시키며 동력 전달 효율 특성을 확인하고, 변속과 구동 시 발생되는 발열 특성도 확인하였다. 그 결과를 토대로 CVT구조를 갖는 2단 구조의 변속기를 개발하였다.
본 연구에서는 자동변속장치에 대한 기초 연구로서 자동화 대상인 Merrit-Wi- lson기어계를 가진 차량용 유압변속장치를 중심으로 엔진-변속장치-차량-주행부하의 복합시스템에 대한 동적모델링을 한후 동적성능 해석전용 전산프로그램팩키지를 개발 하여 변속중의 과도특성을 관찰하였다. 또한 수치해석 시뮬레이션을 통하여 각종 설 계변수 및 제어 변수의 영향을 파악하고 변속성능을 적정화하기 위한 기초자료를 도출 하였다.
To cope with quest to improve the fuel economy and vehicle performance, Continuously Variable Transmission with Changing the speed ratio between minimum and maximum ratio by infinite step, is more efficient than conventional multi-ratio transmission. In this paper, to investigate a specific CVT shift ratio diagram and CVT shift characteristics, CVT vehicle was tested on the proving ground and chassis dynamometer. The test results are as follows; CVT can obtain the excellent vehicle performance and fuel economy changing the shift ratio by infinite step, without rapid change of engine revolution and driving force. And CVT can set up a special shift range that obtains not only the engine brake effect but also the maximum speed driving.
자동차 엔진의 주기적인 연소과정 동아네 생성된 힘에 의해 엔진의 크랭크 샤프트에 회전 불균일성이 나타난다. 이것은 엔진 플라이휘일 부분에 비틀림 변동토크를 발생시키고, 이 토크는 클러치를 통하여 변속기의 인풋기어(input gear)에 전달되어 변속기에 비틀림 진동을 일으키는 주요 원인이 된다. 공회전시 변속기에서 기어의 충돌은 주로 이 비틀림 변동토크에 의해 발생하며, 이 충돌은 차내 소음의 원인이 된다. 또한 엔진의 경량화 및 고출력화에 따른 회전수 변동의 증가는 비틀림 변동토크를 증가시켜 변속기에 커다란 진동을 초래한다. 시뮬레이션을 사용한 클러치 비틀림 기구의 적절한 특성치를 구하는 것은 클러치 설계에 효율적이고, 이미 여러 연구 결과들이 보고되었다. H.Arai은 2자유도 비선형 모델을 사용하여 클러치 접속시 발생하는 외란과 계의 안정성을 고려하여 치타음 저감을 위한 시뮬레이션을 수행하였고, S.Ohnuma은 비선형 2단 비틀림 특성을 가진 클러치 디스크의 설계에 대해서, 그리고, T.Fujimoto와 R.J.Comparin는 치타음의 발생구조와 특성을 고찰하고 비선형 비틀림 공진 저감에 의한 치타음 저감 기법에 대하여 연구하였다. 그리고, Wu Hui-Le는 자동차 동력전달계의 비틀림 진동 현상을 실험과 이론적인 계산을 통해 연구하였고, G.J.Fudala는 다자유도 모델을 이용하여 클러치의 비틀림 특성에 따라 주파수분석을 수행하여 치타음 저감 방법을 연구하였다. 또한, T.Sakai는 5자유도 모델을 이용하여 엔진 공회전시 발생하는 치타음에 대해 이론과 실험을 통해 해석하고, 엔진 회전수 변동, 클러치 특성, 변속기의 드래그(drag) 토크의 영향과 치타음 저감을 위한 개선된 클러치 특성을 제시하였다. 클러치는 동력을 전달 또는 차단하는 기능 뿐만 아니라 엔진이나 변속기에서 발생하는 소음이나 진동을 저감시키는 기능을 가지고 있다. 따라서 엔진 공회전시에 발생하는 치타음(rattle noise)이나 비틀림 진동을 저감시키는 방법으로는 여러가지가 있으나 클러치 디스크(clutch disc)의 비틀림 기구의 설계 인자들을 적절히 조절함으로써 변속기의 인풋기어에 전달되는 비틀림 진동을 저감시키는 방법이 일반적으로 수행되어지고 있다. 본 연구는 4 실린더 4 싸이클 1.5L 엔진을 장착한 경승용차의 실차실험을 통해 공회전시 엔진 플라이휘일과 인풋기어에서의 회전수 변동을 측정하고, 이 실험 데이타를 기초로 하여 엔진 토크 및 변속기에서의 드래그 토크를 계산하여 엔진-변속기 인풋기어의 반한정계 2자유도 진동모델과 비틀림 특성을 가진 클러치 디스크의 프리댐퍼 영역에 대해 시뮬레이션을 수행하여 클러치 비틀림 기구의 설계인자인 비틀림 강성, 히스테리시스 토크에 따른 비틀림 진동 저감 효과를 연구하고자 한다.
본 연구에서는 차량의 가속성능, 일정시간후 도달거리, 추월 가속성능 등의 동력성능 향상과 차량 요구성능을 고려한 최적 감속비의 결정을 고찰하였다. 변속비 결정의 선행 연구로서 정해진 차량 제원, 엔진 성능과 정해진 변속기에 대하여 차량의 동력성능을 예측, 평가하는 연구의 수행이 요구된다. 이를 위하여 본 논문에서는 기 존의 차량에 대하여 동력 성능을 평가하는 시뮬레이션 프로그램을 개발하여 실차의 제 작과 시험에 앞서 그 동력 성능을 예측, 평가하고 또한 이를 바탕으로 최적 설계기법 에 의하여 엔진 특성을 고려한 변속기의 최적 감속비 및 변속패턴을 결정하는데 촛점 을 두었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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