자동화 수동변속기는 수동변속기에 액츄에이터를 설치하여 자동으로 수동변속기를 변속할 수 있게 한 변속기로써, 자동화 수동변속기의 조작 편의성과 수동변속기 수준의 높은 연비로 인해 대형 상용차에 많이 적용되고 있다. 대형 상용차에 적용되는 12단 자동화 수동변속기는 다른 자동 변속기와 마찬가지로 자동변속로직과 변속맵에 의해 변속시점을 결정하지만 기존의 방식으로는 변속충격, 클러치 마모, 연비저하 등의 문제점이 발생할 수 있다. 본 논문은 12단 자동화 수동변속기에 알맞은 변속로직 및 변속맵의 설계와 성능확인시험에 대한 내용을 다루고 있다.
자동차의 동력전달장치에는 클러치, 변속기, 추진축, 파이널 드라이브 유니트, 구동축 등으로 이루어져 있으나, 여기에서는 그중에서도 가장 중요하다고 할 수 있는 변속기에 대하여 주로 설명하기로 한다. 변속기에는 수동변속기와 자동변속기에는 저자동변속기, 반자동변속기, 무단변속기로 나눌수 있다. 여기서는 자동차 변속기에 대하여 지금까지 발표된 문헌을 종합하여 해설한다.
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.
본 고에서는 자동차용 수동변속기에 사용되는 평치차 및 헬리컬 치차에 대해서 설계조건과 설계절차 및 방법에 관해서 논하고자 한다. 자동차용 변속기의 치차 설계자는 gear box내의 좁은 공간에서 가장 정숙하고 튼튼하고, 소형.경량화된 치차를 설계하기 위해서는 module, 공구압력각, 치높이, 치선원경 등이 표준에서 벗어나는 특수 cutter를 이용하여 제작되도록 치차 설계를 할 수 밖에 없으나 자동차용 치차가 대량 생산되는 점에 비추어 볼때 특수 cutter를 사용하는데 드는 비용은 문제가 되지 않는다고 본다.
이 논문의 목적은 자동차 클러치, 수동변속기와 타이어 시스템의 마찰에 관련된 화재에 대한 고장사례를 분석하고 연구하는 것이다. 첫 번째 사례는 반복적으로 클러칭하면서 자동차의 클러치 디스크가 플라이 휠의 접촉면과 접촉하면서 열에 의해 과열되어 이 열이 수동변속기의 외부로 흘러 고착된 오일 찌꺼기에 옮겨 붙어 화재가 발생된 것으로 확인되었다. 두 번째, 사례로 변속 장치는 기어와 기어의 접촉에 의해 동력을 전달한다. 변속기 오일이 변속기 케이스의 균열로 인해 오일 부족 현상이 일어나 변속기 케이스 상단의 퇴적물에 의해 화재가 발생된 것을 확인하였다. 세번째 사례는 건조한 구덩이에서 빠져나오려고 반복적으로 가속페달을 작동시키면서 타이어와 도로의 마찰이 반복되면서 내부의 축적된 열에 의해서 화재가 발생된 것으로 확인되었다. 따라서, 운전자는 운전 중 마찰부에 화재가 발생하지 않도록 세심하게 관리하여야 한다.
세계적으로 친환경자동차의 연구 및 개발이 확대되면서 주행거리를 증대시키기 위해 차량의 부가적인 장치를 축소·삭제하거나 경량화를 위한 연구를 진행하고 있다. 그 중 내연기관자동차에 적용되던 다단변속기를 삭제하고 감속기로 대체하여 모터출력 값 제어를 통해 토크증대로 초기구동력을 확보하고 있다. 하지만 잦은 모터의 속도변화로 부하가 상승되는 결과를 가져올 수 있기 때문에 본 연구에서는 일반적인 감속기구조를 갖는 소형·경량의 수동 2단 감속기를 개발하려고 한다. 따라서 평행축을 갖는 구조에 대기어와 소기어를 삽입하여 평행한 축의 감속기형태에서 V-벨트로 기어를 연결하고, 저단과 고단의 기어비를 각각 설정하여 2개의 기어비를 갖는 2단 변속기를 설계하였다. 또한 변속기의 회전속도와 부하에 따른 동력성능을 시험을 통해 확인하고 구동시 발생되는 발열특성을 확인하여 변속기의 타당성을 검증하였다.
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)
한국감성과학회 2000년도 춘계 학술대회 및 국제 감성공학 심포지움 논문집 Proceeding of the 2000 Spring Conference of KOSES and International Sensibility Ergonomics Symposium
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pp.71-75
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2000
국내 동적 환경에 대한 감성 연구는 아직 미흡한 상태다. 본 연구는 자동차의 운전자세에 관해 연구하였다. 왼발을 사용하지 않는 A/T(Automatic Transmission) 차량과 두 발을 모두 사용하는 M/T(Manual Transmission) 차량의 운전자세 차이를 Position tracking sensor를 통해 측정하였으며, 각 차량에 따른 운전자들의 감성을 비교 및 분석하였다. 본 연구에 참여한 피험자들은 운전면허 소지자로 운전 경험이 있는 남자 대학생 및 대학원생이 참여하였으며, 운전자세를 분석해 본 결과 A/T 차량이 M/T 차량의 경우보다 Seat가 더 뒤로 위치하였고, 두 차량의 운전자세에서 무릎관절의 각도에 많은 차이가 났다. 또, 신체 각 부위 관절의 위치나 모양도 조금씩 다르게 측정되었다. A/T 차량과 M/T 차량의 운전자세에 따른 감성 평가는 동적 환경의 감성 연구에 도움이 될 것이다.
자동 변속기 차량은 여러 가지의 장점을 지니고 있으며, 쉬프트 맵의 특징이 수동 변속기 차량과는 달리 이미 규정된 패턴을 따른다 하지만 킥 다운, 킥 업, 리프트 풋 업 등의 현상이 어느 운전자에게나, 어떤 주행 상황에서나 일괄 적용되고 있기에 불만스러움을 느끼는 운전자가 있을 수 있다. 이에 본 논문에서는 지능형 자동 변속 시스템의 변속 결과에 따른 운전자의 불만 정도를 고려하고 다음 변속에 반영하도록 고안한 만족도 보정 기법을 제안하고자 한다 만족도 평가는 변속이후 운전자의 조작을 관찰하며, 불만족 정도에 따라 최종 쉬프트 선도의 조정을 결정하도록 고안하였으며, 변속 시스템의 변속 결정과 운전자의 스로틀 및 브레이크 조작을 입력으로 한 신경 회로망을 구성하여 학습하였다
차량 축계의 비틀림진동은 엔진 공회전시와 정속주행시(완만한 가감속) 및 가속페달 급조작에 따른 급격한 가감속에 대해 각각 고유한 동특성을 나타내면서 차체의 진동과 소음을 유발시킨다. 공회전시의 진동해석 및 가속페달 급조작에 따른 차량 전후 진동에 대해서는 지금까지 많은 연구가 진행되어 상당한 발전을 이룩한 반면 완만한 가감속시 차량의 전속도 구간에서의 진동해석에 대해서는 해석상의 어려움으로 인해 주로 실험에 의한 접근 방법에 의존하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 수동변속기가 장착된 전륜구동 승용차를 대상으로 차량 전속도 구간에서 축계의 비틀림진동 해석을 할 수 있는 방법을 개발하였으며, 개발된 방법을 트랜스미션 축진동 저감을 위한 클러치 비선형특성 튜닝에 적용하였다. 본 연구에서 개발한 강제진동해석방법은 수동변속기가 장착된 모든 종류의 차량에 적용할 수 있을 것으로 기대되며 자동변속기의 댐퍼클러치 설계에도 응용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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