전기자동차용 변속기를 위한 새로운 방식의 클러치 기구에 대한 연구

Abstract

전기자동차에 변속기를 적용함으로써, 모터의 크기를 줄이고 전력소비효율을 향상시킬 수 있다. 그러나 현재 자동차에 적용되는 변속기의 방식들은 동력전달효율이 낮거나 적용비용이 높아 전기자동차용 변속기로써 적합하지 않다. 전기자동차에 적합한 변속기의 방식은 기존의 수동변속기 방식에 클러치 유닛을 제거하고 싱크로메시에 변속충격 흡수기능을 추가하는 것이 바람직 하나, 이러한 방식의 변속기는 현재 개발된 바가 없다.

따라서 수동변속기의 싱크로메시 기구를 대체하는 수단으로써 스크류 기구를 응용한 자가압착 방식의 클러치 기구를 고안하였다. 스크류 방식의 클러치 기구는 클러치 입출력부의 상대 회전속도를 이용하여 스스로 클러치를 압착하는 형태로 작동하며, 회전스프링과 같은 연결특성을 갖고 있어 변속충격 흡수 능력을 기대할 수 있다.

스크류 방식의 클러치 압착기구는 필요한 시기에 임의의 압착 해제가 불가능하기 때문에 이를 해결하기 위해 웜과 웜기어 기구를 응용한 시제품을 설계하여 제작하였으며, 연결특성을 분석하기 위한 해석 모델을 수립하였다. 시제품을 이용한 연결특성 실험 결과 수립한 모델을 이용한 예측 결과와 잘 일치하는 것을 확인하였다.

고안한 클러치 기구의 차량 적용 가능성을 확인하기 위하여 저속 및 고속의 동력전달경로상에 각각의 클러치 기구를 적용한 DCT 방식의 2단 변속기와 AMT 의 클러치 기구를 유성기어와 새로운 클러치 기구로 대체한 SBAMT 방식의 2단 변속기를 제안하였으며, 이를 적용한 초소형 전기자동차를 대상으로 한 종방향 동역학 해석 모델을 수립하였다. 모터의 토크가 작용하는 경우와 그렇지 않은 경우, 업 시프트와 다운 시프트의 경우의 해석 결과, 변속품질 및 시간 관점에서 실제 차량에 적용 가능함을 확인하였다.