[논문]블리드 방식 가변력 솔레노이드를 사용한 라인압력 제어계의 실험적 연구

최득환; 진영욱

블리드 방식 가변력 솔레노이드를 사용한 라인압력 제어계의 실험적 연구
An Experimental Study on the Transmission Line Pressure Control System Using Bleed Type Variable Force Solenoid 원문보기

블리드 방식의 가변력 솔레노이드를 사용한 자동차용 변속기의 라인압력 제어계에 대한 실험 장치를 구성하고 실험을 수행하였다. 라인압력 제어계의 유압회로를 라인압력 제어 밸브, 감압 밸브, VFS 및 어큐뮬레이터 그리고 여러 개의 오리피스들로 구성하였으며, 몇 가지 실험 조건에 대하여 라인압력 제어계의 드로틀 압력과 라인압력의 정적 응답 및 동적 응답성을 측정하고 고찰하였다.

The line pressure control system for an automotive transmission in which a bleed type variable force solenoid(VFS) is applied, has been constructed and experimentally investigated. The hydraulic circuit of the system includes a line pressure control valve, a reducing valve, an accumulator, various orifices and a VFS. Static and dynamic responses of the throttle and line pressure have been monitored and discussed for various test conditions.

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문제 정의

본 연구에서는 라인압력 제어계의 성능을 검증하고 해석 결과와의 비교를 위하여 [그림 1]의 유압 회로를 구현하는 밸브 바디를 제작하여 실험을 수행하였다. [그림 3] 은 제작된 밸브 바디의 외관 모습이고 [그림 4] 는 변속기 라인압력을 실험하기 위하여 설치한 밸브바디 실험 장치의 개략도이다.
본 연구에서는 파일럿 압력을 생성시키기 위한 액튜에이터로서 배출 방식의 VFS(variable force solenoid: 가변력 솔레노이드)를 적용한 라인압력 제어 시스템을 구성하고, VFS에 의하여 생성되는 파일럿 압력, 즉 드로틀 압력(thro 비 e pressure)과 라인압력(line pressure)에 대한 특성을 실험을 통하여 고찰하고자 하였다. 연구를 위하여 실험용 밸브바디(valve body)와 실험 장치를 제작하였고 실험은 밸브 바디 단체의 경우와 밸브 바디와 변속기가 결합된 상태 2가지에 대하여 수행하였다.

제안 방법

단, 라인압력의 응답이 빠를 경우 압력 맥동이 발생할 가능성은 높아진다. 본 개발에서는 라인압력의 맥동 발생을 방지하기 위하여 어큐뮬레이터를 적용하고 있고 어큐뮬레이터의 작동에 의하여 라인 압력의 응답시간이 다소 지연된 것으로 추정된다. [그림 8]은 밸브바디를 변속기 본체에 결합한 상태에서 라인압력의 응답성을 계단입력에 대하여 확인한 결과이다.
블리드 방식의 가변력 솔레노이드 밸브를 사용한 자동차용 변속기의 라인입력 제어계를 구성하고 밸브 바디단체의 경우와 밸브 바디와 변속기가 결합된 상태에 대하여 드로틀 압력과 라인압력에 대한 정적 응답 실험 및 동적 응답 실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
결과이다. 실험은 공급 유량을 일정하게 유지한 상태에서 솔레노이드 입력 듀티율을 변화시켜 가면서 수행하였다. 듀티율이 증가할 경우와 감소할 경우에 라인압력 값이 약간의 히스테리시스 현상을 보이고 있다.
라인압력은 밸브바디 상태에서 실험이 가능하므로 이와 같이 밸브바디만을 변속기와 분리하여 실험하는 것이 편리하다. 실험은 밸브바디 실험장치에 설치된 오일펌프에 의하여 밸브 바디에 유압을 공급하고 VTS를 듀티 발생 장치에 의하여 구동시키면서 라인압력을 측정하는 방법으로 수행하였다.
실험을 통하여 고찰하고자 하였다. 연구를 위하여 실험용 밸브바디(valve body)와 실험 장치를 제작하였고 실험은 밸브 바디 단체의 경우와 밸브 바디와 변속기가 결합된 상태 2가지에 대하여 수행하였다.

대상 데이터

[그림 3] 은 제작된 밸브 바디의 외관 모습이고 [그림 4] 는 변속기 라인압력을 실험하기 위하여 설치한 밸브바디 실험 장치의 개략도이다. 실험장치는 밸브바디를 고정할 수 있는 밀폐된 공간과 유압펌프, 온도조절장치, 솔레노이드 듀티 발생장치 및 측정 장치로 구성된다. 라인압력은 밸브바디 상태에서 실험이 가능하므로 이와 같이 밸브바디만을 변속기와 분리하여 실험하는 것이 편리하다.

성능/효과

1) 밸브 바디 단체에 대하여 라인압력의 정상상태 응답실험을 수행한 결과, 솔레노이드 듀티율이 20% 이하 및 55% 이상에서 무효율 구간이 존재함을 확인하였으며 유온 변화에 대한 정상상태 실험 결과, 유온 상승 시 솔레노이드 듀티율 25% 이하 영역에서 라인압력이 감소하는 현상을 확인하였다.
2) 밸브 바디 단체에 대하여 라인압력의 동특성 실험을 수행한 결과, 라인압력의 응답시간은 약 0.3 sec로서 실차에서 요구하는 수준에 근접한 특성을 나타내었다. 라인압력의 응답이 솔레노이드 압력의 응답과 거의동일 위상으로 나타는 것으로 볼 때 라인압력의 응답속도는 솔레노이드 밸브의 응답성에 의하여 결정된다고 판단된다.
3) 밸브바디를 변속기 본체에 결합한 상태에서 라인압력의 응답성을 계단입력에 대하여 확인한 결과, 입력 라인압력의 응답시간이 밸브바디 단품에서의 결과와 거의 동일하게 나타났다. 다만 라인압력에 약간의 오버슈트 및 언더슈트를 나타났는데, 이는 변속기 내부 회로들에 채워져 있는 유체 체적의 관성과 압축 효과에 의한 것으로 추정된다.
일반적으로 자동차용 자동변속기 또는 CVT(continuously variable transmission)의 유압시스템에는 파일럿 압력 생성용 액튜에이터로서 펄스 폭 변조 솔레노이드(PWM solenoid) 밸브, 배출 방식 VFS, 그리고 비례제어 솔레노이드 밸브 등이 사용될 수 있다. 이 중 본 연구에서 적용하고자 하는 배출 방식 VFS는 PWM 솔레노이드 밸브에 비하여 성능 면에서 우수한 반면 가격 면에서는 비례제어 솔레노이드 보다 저렴한 장점을 갖는다. 한편, 라인압력 제어계에서는 라인압력의 동적 특성이 파일럿 압력 발생용 액튜에이터의 성능과 더불어 라인압력 제어 밸브의 형상 그리고 유압 회로의 구성에 따라 영향을 받는다.

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