[논문]5속 A/T용 자동변속기 토크컨버터 댐퍼클러치 슬립제어가 슬림율과 연비에 미치는 영향

이기수; 김덕중; 김현철; 나병철; 허형석; 이호길; 장재덕

문제 정의

향상 사업의 일환으로 수행되었다. 도움을 주신 관계자 여러분께 감사하는 바이다.
본 논문에서는 2.4L 5속 자동 변속기용 토크 컨버터 댐퍼클러치 슬립 제어에 따른 슬립율과 슬립 빈도수를 분석하고 댐퍼클러치 슬립 제어와 슬립제어 전략이 주행 성능과 연비에 미치는 영향을 살펴보았다.
본 논문에서는 2.4L 5속 자동변속기 용 토크컨버터의 댐퍼클러치 슬립 제어에 따른 슬립율과 슬립 빈도수를 분석하고 슬립 제어 전략이 주행 및 연비향상에 미치는 영향을 살펴보았다. 본 연구를 토대로 얻어진 결론은 다음과 같다.
본 연구는 에너 지관리 공단이 지원하는 에너 지 효율 향상 사업의 일환으로 수행되었다. 도움을 주신 관계자 여러분께 감사하는 바이다.

제안 방법

1) 댐퍼클러치 마찰재와 댐퍼 성능을 향상시킨 토크컨버터를 차량에 장착하고 기존 차량의 TCU 는 그대로 유지하면서 슬립 제어가 필요한 구간만 최소 변경할 수 있도록DCC 시스템을 구성하였다.
2) 댐퍼클러치 슬립 제어에 따른 슬립율과 슬립 빈도수를 분석하기 위해 FTP-75, HWFET 그리고 NEDC 모드에서 평가를 수행하였다.
전략을 Table 2에 나타내었다. 높은 엔진 부하 조건에서 DCC 시스템이 작동할 경우 차량 진동 특성에 불리하므로 차량 속도 20 km/h, 엔진회전수 1, 200 rpm 이상에서 댐퍼클러치 슬립 제어를 하도록 설정하였다. 슬립 제어 전략은 4단 및 5단에서 조건 만족 시 직결 클러치만을 사용하는 기존 시스템, 기어 1단에서 5단까지 모두 댐퍼클러치 슬립 제어를 하는 DCC 모드(I) 그리고 기어 1단에서 3단은 DCC 모드(1)과 동일하게 슬립 제어하고 4단 및 5단은 기존 차량의 직결클러 치를 사용하는 DCC 모드(II)로 구분하였다.
DCC 시스템은 댐퍼클러치 슬립제어 조건이 되면 기존 TCU의 변속제어 알고리즘은 그대로 유지지하면서 댐퍼클러치 유압제어를 위해 별도의 비례제어 솔레노이드 밸브로 유압을 제어함으로써 구현된다. 또한 댐퍼클러치 미 소 슬립 제어와 동시에 실시 간으로 필요한 데 이 터를 측정하여 분석이 가능하도록 시스템을 구성하였다. 슬립율(N, =Ne-Nt) 은엔진 회전수(M;), 즉 토크 컨버 터 펌프 회 전수와 터 빈 회전수(Nr)의 차로 정의되며 직결클러치 조건에서는 0이다.
높은 엔진 부하 조건에서 DCC 시스템이 작동할 경우 차량 진동 특성에 불리하므로 차량 속도 20 km/h, 엔진회전수 1, 200 rpm 이상에서 댐퍼클러치 슬립 제어를 하도록 설정하였다. 슬립 제어 전략은 4단 및 5단에서 조건 만족 시 직결 클러치만을 사용하는 기존 시스템, 기어 1단에서 5단까지 모두 댐퍼클러치 슬립 제어를 하는 DCC 모드(I) 그리고 기어 1단에서 3단은 DCC 모드(1)과 동일하게 슬립 제어하고 4단 및 5단은 기존 차량의 직결클러 치를 사용하는 DCC 모드(II)로 구분하였다. 각 주행 모드에서 DCC 제어모드에 대한 배출가스 특성은 고려 하지 않았다.
대상차량에 댐퍼클러치 미소 슬립제어를 적용할 경우 슬립에 의해 많은 마찰열과 진동이 발생하게 되어 차량에 심각한 문제를 초래한다. 이러한 문제점을 최소화하기 위해 댐퍼클러치 마찰 재 내구성과냉각효율을 개선하고 댐퍼 성능을 크게 향상시킨 새로운 슬립제어용 토크 컨버터를 개발하여 대상 차량에 장착하였다
차대동력계를 이용한 주행평가 및 연비 측정은 FTP-75, HWFET 그리고 NEDC (ECE15+EUDC) 모드에 따라 각각 2회씩 진행했다. FTP-75 모드는 예비주행을 수행한 차량을25℃에서 12시간 이상 항온항습 시킨 후 시험을 진행하였다.

대상 데이터

댐퍼클러치 슬립 제어를 위한 대상 차량은 2.4L 5 속 자동변속기 차량이며 기본 사양은 Table 1과 같다. 대상차량은4단 및 5단 고속 주행 시 직결 클러치 시스템을 사용하여 연비 향상을 극대화하고 있다.

성능/효과

3) DCC 모드(II)를 적용했을 때, 직결 클러치 적용 비율이 17.0%인 FTP-75 모드와 19.0% 인 NEDC 모드에서 각각 6.6%, 7.4%의 연비 향상을 확인하였다. 또한 직결영역이 전 구간의 68.
4) 각기 어단수별 슬립율 결과로부터 DCC 작동조건은 엔진 회전수 1, 200 rpm 이상이 적절함을 알 수 있으며 DCC 모드(II)를 적용했을 때 기어 단수는 3단에서는 슬립율이 20~100 rpm 이내로 제어됨을 알 수 있다.
DCC 모드(1) 적용 차량은 전 구간에서 슬립 제어가 적용되므로 기존시스템 및 DCC 모드(II)에서의 보이는 슬립율 특성은 없어지고 전 주행 구간에서 60 rpm 이내로 슬립제어가 된다. FTP-75 모드와 달리 HWFET 모드에서는 DCC 모드(I)을 적용할 경우 연비가 기존시스템의 17.49 km/L 대비 5% 감소된 16.66 km/L 로 악화되었다. 연비가 감소한 이유는 전체 주행시간의 약68.
6은 NEDC 모드에서 주행성능 평가 결과로 슬립제어 및 슬립 제어 전략에 따른 주행 특성은 FTP-75 모드 결과와 동일하다. 댐퍼클러치 슬립제어에 따른 연비는 기존 시스템의 연비인 10.66km/L 에 비해 DCC 모드(1)에서 10.98 km/L로 약 3.0%, DCC 모드(II)에서 11.45 km/L로 약 7.4% 연비가 향상되었다. DCC 모드(I)은 댐퍼클러치 슬립제어에 따른 연비에 긍정적인 영향이 직결영역이 약 19.
31 km/L 결과를 얻었다. 따라서 DCC 슬립제어 에 따른 연비 향상 가능성을 확인하였으며 DCC 모드(II)가 DCC 모드(1)에비 해보다 효과적임 을 알 수 있다.
4%의 연비 향상을 확인하였다. 또한 직결영역이 전 구간의 68.7%를 차지하고 있는 HWFET 구간에서도 기존 차량의 직 결 클러치 시스템을 효과적으로 이용함으로써 동등 수준의 연비를 확보할 수 있었다. 그리고DCC 시스템 적용 차량의 최종 연비 분석 결과DCC 모드(I)의 경우 기존 시스템과 동일하지만 DCC 모드(II)를 적용할 경우 5.
본 연구에서 개발 적용한 DCC 슬립 제어 시스템의 최종 연비 분석 결과DCC 모드(1)의 경우 기존시스템과 동일하지만 DCC 모드(II)를 적용할 경우 5.2%의 연비 향상 효과를 기대할 수 있다
기어 5단에서는 기존 시스템과 DCC 모드 (II) 모두 직결 클러치를 사용하기 때문에 엔진 회전수 1, 200 rpm 이상에서 슬립율이 0을 유지하게 된다. 엔진회 전수별 작동빈도수 결과로부터 연비 측면에서는 DCC 작동 조건이 엔진 회전수 1, 200 rpm 이상이 적절함을 알수있다
이와 비교해 B구간에서는 DCC 모드(I) 적용 차량은 A 구간과 유사하게 미소 슬립 제어 가 되지 만 기존시스템과 DCC 모드(II) 적용차량은 직결 클러치가 적용되지 않아 슬립이 발생하게 된다. 연비 측정 결과 DCC 모드(I)에서는 기존 시스템 연비인 10.61 km/L에 비해5.5%의 연비가 향상된 11.2 km/L을 얻었으며, DCC 모드(II)에서는 11.31 km/L 결과를 얻었다. 따라서 DCC 슬립제어 에 따른 연비 향상 가능성을 확인하였으며 DCC 모드(II)가 DCC 모드(1)에비 해보다 효과적임 을 알 수 있다.
전체 운전 구간에서 최대 엔진 회전수는 2, 800rpm이며 슬립율은 -150-800 rpm이다. 최대 슬립 율은 주로 차량 가속, 감속 및 정지구간에서 발생하게 된다 기존 시스템 평가 결과4단 및 5단에서의 직결영역은 전체 주행시간의 약 17.0%로 분석되었다. 전 변속 구간을 제어영역 에 포함하는 DCC 모드(1)에 서는 Key Off 시간을 제외한 총주행시간 대비 댐퍼 클러치 슬립제어 작동 비율은 약 79.

후속연구

5) 향후, 토크 컨버터 댐퍼클러치 슬립 제어는 연비향상을 기대할 수 있으나 차량 NVH 특성에 불리하므로 이에 대한 추가적인 평가가 필요하다.

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