초록 ▼

□ 연구개요
근래의 자동차 시장에서는 에너지 효율 및 환경오염의 문제가 대두됨에 따라 높은 효율의 동력전달 장치에 대한 요구가 지속적으로 이루어져 왔다. 이러한 수요에 따라 동력전달 장치의 액추에이터 에너지 소모량을 줄이기 위한 연구로 랙-피니언 메커니즘에 자기 강화 원리를 적용하여 기계적인 에너지 소모량을 줄이는 방식과 유압식 클러치의 제어방법을 개선하는 방식 등 여러 연구가 진행되었지만, 기어의 마찰과 백래쉬에 의한 비선형성으로 인해 제어성이 떨어지거나, 제어 방법을 개선하더라도 클러치 액추에이터 자체 에너지 소모를 줄일

□ 연구개요
근래의 자동차 시장에서는 에너지 효율 및 환경오염의 문제가 대두됨에 따라 높은 효율의 동력전달 장치에 대한 요구가 지속적으로 이루어져 왔다. 이러한 수요에 따라 동력전달 장치의 액추에이터 에너지 소모량을 줄이기 위한 연구로 랙-피니언 메커니즘에 자기 강화 원리를 적용하여 기계적인 에너지 소모량을 줄이는 방식과 유압식 클러치의 제어방법을 개선하는 방식 등 여러 연구가 진행되었지만, 기어의 마찰과 백래쉬에 의한 비선형성으로 인해 제어성이 떨어지거나, 제어 방법을 개선하더라도 클러치 액추에이터 자체 에너지 소모를 줄일 수 없다는 한계점을 가지고 있다. 이에 대한 해법으로 이전 과제에서는 볼-램프 메커니즘의 자기 강화 원리를 이용한 클러치 액추에이터를 개발하여 높은 클러치 제어 성능을 확인하였고 에너지 소모량 또한 80% 이상 줄일 수 있었다. 볼-램프 클러치 액추에이터의 자기 강화 계수는 클러치 토크 방향 및 클러치 마찰계수에 따라 민감하게 변화하기 때문에 일반적인 클러치 토크 추정기 및 제어기를 사용하면 우수한 제어 성능을 보이지 못한다. 따라서 본 후속 연구에서는 이전 연구에서 개발된 자기 강화 원리를 이용한 초고효율 동력 장치의 기계특성 기반 고성능 상태 추정기 및 고효율 제어기를 개발하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서 개발하고자 하는 목표는 볼-램프 DCT 시스템의 기계 특성을 분석하고 이를 기반으로 개발된 시스템에 최적화된 토크 추정기 및 제어기를 개발하는 것이다. 볼-램프 DCT의 자기 강화 구조가 가지는 특성을 분석하였고, 이를 통해 클러치 토크가 클러치 액추에이터에 영향을 주는 상관관계를 모델링 하였다. 클러치 토크가 증가하면 동일 액추에이터 힘에 대해서 액추에이터 위치가 변화하는 특징 기반으로 액추에이터 모델 기반 클러치 토크 추정기을 개발하였다. 또한 액추에이터 모델 기반 클러치 토크 추정 성능을 향상시키기 위해서 클러치 액추에이터가 가지는 외란을 관측하는 외란관측기를 설계하였다. 외란 관측기를 활용한 액추에이터 모델 기반 클러치 토크 추정기를 테스트 벤치에서 검증하였다. 추가적으로 볼-램프 DCT가 가지는 토크 방향에 따라 자기 강화 계수가 달라지는 특성을 분석하였다. 이를 통해 클러치 tie-up 상황을 최소화하여 차량의 손상을 피하고 변속 성능을 향상시키는 알고리즘을 개발하였다. 최적화된 변속 레퍼런스를 추종하는 제어기를 설계하기 위해 H_∞ loop shaping 제어기를 설계하였으며 개발된 토크 추정기 기반 제어기 성능을 테스트 벤치 실험을 통해 검증하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
주요 경제활동의 부문별 에너지 소비량에 따르면 전체 에너지 소비의 약 1/3이 운송으로 소비되며, 그 중 대부분이 변속기를 필요로 하는 차량임을 고려할 때, 기존의 변속기를 볼-램프 DCT로 대체하고, 본 연구에서 개발한 토크 추정기 및 제어기를 활용한다면 해당 분야에서 10%의 에너지 소비 효율 상승을 가져 올 수 있을 것으로 기대된다. 이는 전체 에너지 소비량의 절감은 지난 수십 년간 연구 개발이 이루어 졌던 대체에너지의 기여량 보다도 많다. 본 연구를 통하여 기존에 널리 이용되고 있는 차량용 구동력 전달 장치 고유의 단점 및 한계를 극복할 수 있다. 이는 차량에 사용되는 변속기 및 토크 전달 시스템의 효율 개선을 통한 환경오염가스 저감 및 연비/전비개선, 나아가 클러치 관련 기술의 세계적 선두주자가 될 수 있는 중요성을 지닌다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) 1차년도 ... 5
• (2) 2차년도 ... 8
• (3) 3차년도 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 25
• 끝페이지 ... 39