[논문]자동변속기 클러치 디스크 마찰특성의 실험적 분석

정규홍; 박동훈; 나두현

doi:10.7839/ksfc.2018.15.3.014

자동변속기 클러치 디스크 마찰특성의 실험적 분석
Experimental Analysis of an Automatic Transmission Clutch Disk Friction Characteristics 원문보기

드라이브ㆍ컨트롤 = Journal of drive and control, v.15 no.3, 2018년, pp.14 - 20

정규홍 (Department of Computer Aided Mechanical Engineering, Daejin University) , 박동훈 (C-Stone Technologies) , 나두현 (C-Stone Technologies)

Abstract ▼ AI-Helper

Wet clutches in an automatic transmission enable the transmission of the engine power by the frictional torque experienced and noted between disk and plates. Since the clutch frictional torque considerably affects the shift quality of an automatic transmission as well as the durability of the machinery, its friction characteristics must be carefully examined to meet the design requirements. The SAE No. 2 friction test machine is a well-known standard to evaluate mainly the friction characteristics of plate clutches along with the required automatic transmission fluids. This paper reviews the experimental analysis of the wet clutch friction characteristics by using the exclusively developed clutch test machine which is capable of controlling the clutch test procedure, in accordance with the applicable test standard and processing of the experimental data automatically. As the clutch test machine is designed for the accommodation of dual clutches which is applied to the real transmission, it can evaluate not only the clutch friction characteristics, but also an actuation performance of a measured clutch piston. In respect to friction characteristics involving dynamic friction coefficients, the energy absorbed in a clutch disk and the recorded temperatures of clutch plates during braking actions and procedures are also investigated. Additionally, the change of friction coefficients by the use of the repeated clutch application is also observed with the endurance test functions of an accurately calibrated and dedicated clutch test machine.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 자동변속기용 클러치의 마찰특성과 클러치 피스톤의 작동성능을 평가하는 기능의 클러치 시험기를 개발하였으며, 일정한 에너지를 갖는 회전관성을 정지시키는 시험규격을 구현하여 클러치의 마찰계수와 클러치에 흡수되는 에너지를 평가하였다.
2 시험기를 활용하거나 시험장치를 자체적으로 제작하여 사용하였다. 본 연구에서는 클러치의 마찰특성뿐만 아니라 클러치 디스크에서 흡수되는 마찰에너지 특성을 다양한 작동조건에서 시험하고 실시간으로 결과를 분석하는 기능의 시험기를 개발^7-8)하였으며 이를 이용하여 변속제어에 이용될 수 클러치 마찰특성을 분석하고 내구성능평가에 활용될 수 있는 시험결과를 도출하였다.

제안 방법

(4) 회전관성이 감속되는 동안 측정된 회전속도, 클러치 압력, 마찰토크로부터 클러치 마찰특성을 평가한다.
Atmel사의 8비트 마이크로 컨트롤러 ATmega128⁹⁾과 Ateml Studio 6.2의 AVR-GCC 컴파일러를 이용하여 임베디드 프로그램을 개발하였다. Fig.
2는 시험챔버 내에 설계된 듀얼클러치와 시험제어기 콘솔, 클러치 시험기 본체, 유압공급장치로 구성되는 클러치 시험장비 외형을 나타낸다. 개발된 클러치 시험기는 듀얼 클러치 자동변속기의 클러치 마찰특성뿐만 아니라 클러치 피스톤의 작동성능을 평가하기 위해 실제 자동변속기에 적용되고 있는 직접제어형 비례 솔레노이드밸브를 이용하여 클러치가 작동되도록 설계하였다. Table 1은 시험대상 클러치사양을 나타낸다.
또한, 반복작동시험과 연속슬립시험의 내구시험을 통해 클러치의 내구성능을 평가할 수 있는 기반을 구축하였다. 반복작동시험을 통해 회전관성이 정지하는 구간에서 0.
마찰특성 시험의 작동조건은 시험 속도(N_T), 클러치 피스톤 작동압력(P_C), 냉각유량(Q_c)이며 성능분석을 위해 클러치 토크(T_C), 클러치에 공급되는 냉각오일의 입구와 출구의 온도와 클러치 플레이트 온도를 부가적으로 측정하였다. 클러치 플레이트 온도는 클러치 작동 시 마찰토크에 의해 급격히 상승되고, 해제 시 냉각유량에 의해 저하되며 클러치 소손에 중대한 영향을 미친다.
5. 클러치 마찰특성 시험

시험대상 클러치의 마찰특성과 개발된 시험 제어기의 제반 성능을 검증하기 위하여 내구 시험모드에서 마찰특성 시험을 실시하였다.
연속슬립시험에서는 일정한 슬립속도에서 발생되는 마찰토크를 측정하여 클러치에 흡수되는 에너지를 계산함으로써 마찰재의 내구성능을 평가할 수 기능을 확인하였으며 1920rpm의 모터속도에서 6.3초의 슬립시간동안에 클러치에 흡수되는 에너지는 150.8kJ로 측정되었다.

대상 데이터

이러한 현상은 클러치 플레이트의 열용량과 열전대(thermocouple) 온도센서의 응답지연이 원인으로 분석되며 클러치 플레이트의 최대 온도는 242^oC로 측정되었다. 참고적으로 실험에 사용된 열전대 온도센서는 K형이고 AD8495 thermocouple amplifier의 출력이 31Hz의 절점주파수를 갖는 RC-저주파 필터를 통해 A/D 변환되도록 설계되어 있다.

성능/효과

(1) 전기모터를 이용하여 회전관성을 가속하여 시험 속도보다 높은 일정한 속도를 유지한다.
또한, 반복작동시험과 연속슬립시험의 내구시험을 통해 클러치의 내구성능을 평가할 수 있는 기반을 구축하였다. 반복작동시험을 통해 회전관성이 정지하는 구간에서 0.1 근방의 값을 나타내는 클러치의 마찰계수 변화를 측정하였고 200회 이상의 시험에서 마찰계수가 안정화됨에 따라 클러치 마찰특성이 안정화되는 길들이기 시험구간이 필요함을 확인하였다. 클러치 마찰토크로 인하여 2,600rpm의 회전관성이 정지할 떄 클러치 플레이트의 최대 온도는 242^oC로 측정되었고 회전관성의 운동에너지 E₁=73.
비례 솔레노이드밸브에 1A의 전류가 인가되면 유량이 공급되어 클러치피스톤의 이동이 개시되지만 피스톤 행정(X_s)과 플레이트와 디스크 사이의 여유틈새(end play)에 해당되는 변위만큼 이동할 때까지는 충전압력을 유지하게 된다. 충전구간이 종료되고 클러치 피스톤이 플레이트와 맞닿는 시점부터 압력이 급격하게 상승하면서 발생되는 마찰토크에 의해 회전관성이 일정한 기울기로 감속됨을 확인할 수 있다.
1 근방의 값을 나타내는 클러치의 마찰계수 변화를 측정하였고 200회 이상의 시험에서 마찰계수가 안정화됨에 따라 클러치 마찰특성이 안정화되는 길들이기 시험구간이 필요함을 확인하였다. 클러치 마찰토크로 인하여 2,600rpm의 회전관성이 정지할 떄 클러치 플레이트의 최대 온도는 242^oC로 측정되었고 회전관성의 운동에너지 E₁=73.1kJ 중 약 65kJ의 에너지가 클러치로 흡수됨을 확인하였다.
클러치 압력은 클러치 플레이트와 디스크가 맞닿는 충전압력보다 약간 높은 상태이고 클러치 슬립속도가 일정하게 유지되는 작동조건으로 인하여 미끄럼에 의한 마찰토크형상이 반복작동시험과 상이하게 나타나지만 4 사이클 시험에서의 압력과 토크가 동일함을 확인하였고 슬립시간은 ts = 6.314초이고 클러치에 흡수되는 에너지는 E2=150.8kJ로 측정되었다.

후속연구

향후에는 지속적인 클러치 디스크 마찰시험평가를 통해 마이크로 컨트롤러에 구현된 실시간 제어기능의 임베디드 프로그램과 PC 기반의 사용자 인터페이스 프로그램의 성능과 기능을 보완하여 클러치 디스크 마찰특성분석에 활용할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	변속 시 클러치 피스톤압력제어가 필수적인 이유는 무엇인가?	자동변속기에 적용되는 습식다판 클러치는 마찰토크를 이용하여 회전하는 두 요소를 결합함으로써 동력을 전달하는 기계적 장치로서 엔진으로부터 차축에 전달되는 동력전달경로를 전환하여 변속 비를 변화시키는 역할을 담당한다. 클러치에서 발생되는 마찰토크는 유압피스톤에 의하여 클러치 디스크와 클러치 플레이트 사이에 작용하는 수직력에 비례하므로 부드러운 변속을 위해서 변속 시 클러치 피스톤압력제어가 필수적이다. 최근에 개발되는 모든 자동변속기는 전자제어방식의 변속제어기가 적용되어 변속기 입력토크와 주행속도, 유온 등의 작동조건을 파악한 후 변속제어 알고리즘에서 최적의 클러치 압력제어1)를 수행하고 있으며, 변속제어기술이 진보됨에 따라 한 방향 클러치(one-way clutch)가 배제된 클러치 대 클러치 변속이 일반화되고 있다.
	자동변속기에 적용되는 습식다판 클러치는 무엇인가?	자동변속기에 적용되는 습식다판 클러치는 마찰토크를 이용하여 회전하는 두 요소를 결합함으로써 동력을 전달하는 기계적 장치로서 엔진으로부터 차축에 전달되는 동력전달경로를 전환하여 변속 비를 변화시키는 역할을 담당한다. 클러치에서 발생되는 마찰토크는 유압피스톤에 의하여 클러치 디스크와 클러치 플레이트 사이에 작용하는 수직력에 비례하므로 부드러운 변속을 위해서 변속 시 클러치 피스톤압력제어가 필수적이다.
	자동변속기 중 DCT의 클러치에서 발생되는 토크 제어가 변속성능에 미치는 영향이 중요한 이유는 무엇인가?	최근에 개발되는 모든 자동변속기는 전자제어방식의 변속제어기가 적용되어 변속기 입력토크와 주행속도, 유온 등의 작동조건을 파악한 후 변속제어 알고리즘에서 최적의 클러치 압력제어1)를 수행하고 있으며, 변속제어기술이 진보됨에 따라 한 방향 클러치(one-way clutch)가 배제된 클러치 대 클러치 변속이 일반화되고 있다. 특히, 홀수단 기어 열과 짝수 단 기어 열에 엔진동력을 두 개의클러치로 선택적으로 연결하는 DCT(dual clutch transmission)는 토크컨버터 없이 클러치만을 이용해서 발진하므로 클러치에서 발생되는 토크 제어가 변속성능에 미치는 영향이 매우 중요하다. 클러치 디스크 마찰토크는 디스크와 플레이트에 작용하는 압축력 외에 마찰계수에도 영향을 받으며 일반적으로 마찰계수는 디스크 마찰재, 자동변속기 오일, 플레이트 특성에 의해 결정되며 미끄럼 속도와 유온에 따라서도 달라지므로 우수한 변속제어를 위해서는 클러치 마찰특성에 대한 연구가 선행되어야 한다.

참고문헌 (9)

G. H. Jung, C. D. Jung and S. H. Park, "Feedback Shift Controller Design of Automatic Transmission for Tractors," J. Drive and Control, Vol. 13., No. 1, pp. 1-9, 2016.
SAE J2490, "SAE, No. 2 Friction Test Machine PVT Test," 2012.
JASO M348, "Friction Characteristic Test Method for Automatic Transmission Fluids," 2012.
J. C. Cho et al., “Characteristic Dynamics Torque Vibration of Behavior in Wet Clutch Engagement for Dual Clutch Transmissions,” Trans. KSAE, Vol. 24, No. 2, pp. 183-190, 2016.

원문보기 상세보기
Y. S. Cho et al., “Estimation of Friction Characteristics of Wet-type Multiple Disc Brakes for Axle of 14 Ton Class Wheel Excavator,” J. Korean Soc. Tribol. Lubr. Eng., Vol. 23, No. 6, pp. 312-317, 2007.
K. Narita, "Tribological Properties of Metal V-Belt Type CVT Lubricant," Adv. Tribol., Volume 2012, Article ID 476028, 8 pages, 2012. doi:10.1155/2012/ 476028.

상세보기
G. H. Jung et al., "Development of Clutch Test Controller for Automatic Transmission," 2017 spring conference on Drive and Control, pp. 61-66. 2017.
G. H. Jung, "Development of Transmission Simulator for High-Speed Tracked Vehicles," J. Drive and Control, Vol. 14, No. 4, pp. 29-36, 2017
ATMEL, ATmega128 datasheet, 2005.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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