듀얼 클러치 변속기의 변속 성능 향상을 위한 슬라이딩 모드 제어기 개발에 대한 연구

Abstract

Dual Clutch Transmission(DCT)는 기존의 수동변속기를 변형한 변속기로 두 개의 클러치에 각각 홀수 짝수 기어가 연결되어 체결될 기어가 미리 준비되었다가 변속 시점에 두 클러치가 동시에 동력 전달 방향을 바꾸어 변속한다. DCT는 빠른 변속 성능과 MT보다 높은 효율을 기록한 유일한 자동 변속기로 CVT와 함께 차세대 변속기로 주목받고 있는 변속기이다. 토크 컨버터를 사용하지 않아 기존의 AT보다 동력 전달 효율이 높고, 1개의 클러치를 사용하는 AMT보다 변속 충격이 작다. 또한, 기존의 수동 변속기처럼 기어를 사용하므로 CVT처럼 동력 전달 시 slip이 발생하지 않아 동력 전달 용량도 큰 장점이 있다. 그러나 클러치가 비선형적인 특성이 있고, Automatic Transmission Fluid(ATF)의 점성이 온도에 따라 급격히 변하므로 두 개의 클러치를 정밀하게 제어하기가 쉽지 않다. 따라서 이 연구는 비선형 제어에 뛰어난 성능을 나타내는 sliding mode 제어 기법을 사용하여 클러치에 인가되는 유압의 압력을 조절해 변속 충격 없이 변속기가 이상적인 토크 전달을 하는 데 목적을 둔다. 압력 제어에는 3 way On-Off Solenoid 밸브를 사용하였으며, sliding mode에 되먹임되어 사용되는 값은 변속기의 회전 속도만을 사용하도록 제어기를 설계하여, 제어기의 신뢰성과 노이즈와 같은 외란에 대한 강인성을 높이고자 하였다. 이를 위해 Matlab/Simulink를 이용하여 차량과 차량의 power train을 모델링 하였으며, 이를 실험을 통해 검증하였다. 이를 위해 22kW모터와 기어 및 유압 시스템으로 구성된 DCT를 제작하였으며 dSPACE Micro AutoBox 1401을 이용하여 변속기를 제어하였다. 실험으로 검증된 모델을 기반으로 하여 제어기 성능을 검증하였으며 이때, 일반적인 상황에서 변속 성능과 액추에이터의 동역학적 특성을 고려한 경우, PI제어를 이용한 경우 및 운전자의 급격한 조작 및 외부 온도 변화와 같이 가혹한 환경에 대한 제어기의 성능을 검증하였다. 제안된 sliding mode DCT 제어기는 변속 충격 없이 빠른 변속을 수행하였으며, 다양한 외란에도 강인한 성능을 보였다.