상용 전기자동차의 2단 자동변속장치 변속특성에 관한 연구 :Study on the 2-speed auto transmission shift characteristic of commercial electric vehicle

염광욱

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자료유형: 학위논문

저자정보: 염광욱 (중앙대학교, 中央大學校大學院)

지도교수: 오세훈

발행연도: 2014

저작권: 중앙대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수8

이 논문의 연구 히스토리 (7)

2024

CVT구조를 적용한 2단 변속기의 효율특성에 관한 연구

염광욱 한국가스학회지 2024.03 학술저널

2022

상용 전기자동차에 적용 가능한 2단 변속장치 최적화에 관한 연구

염광욱 한국자동차공학회 추계학술대회 및 전시회 2022.11 학술대회자료

상용 전기자동차용 2단 변속기 기어치형 최적화에 대한 연구

염광욱 한국자동차공학회 춘계학술대회 2022.06 학술대회자료

유성기어를 적용한 상용 전기자동차의 2단 변속 메커니즘 구조 설계

염광욱 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2022.05 학술대회자료

2021

상용 전기자동차 2단 변속구조 변속기의 기어 설계

염광욱 한국자동차공학회 추계학술대회 및 전시회 2021.11 학술대회자료

상용 전기자동차에 적용 가능한 감속 메커니즘 설계

염광욱 한국자동차공학회 춘계학술대회 2021.06 학술대회자료

2014

상용 전기자동차의 2단 자동변속장치 변속특성에 관한 연구

염광욱 기계공학부 2014.01 학위논문

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최근 자동차에 배출되는 배기가스의 영향으로 대기오염문제와 지구온난화 문제로 인하여 친환경 자동차에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 친환경 자동차에 대한 연구는 기존의 승용자동차 중심에서 현재 상용자동차로 점차 확대되고 있다. 친환경 자동차 중 하이브리드 자동차의 구동부와 전기자동차의 배터리 및 모터에 대한 연구는 활발하게 진행되고 있지만 전기자동차의 변속부에 관한 연구는 미미하다. 전기자동차는 모터의 회전속도를 이용하여 구동력을 증대 시킬 수 있지만 그로인해 모터의 부하가 증대되어 모터의 수명을 단축시키는 결과를 초래한다. 특히, 상용자동차는 초기 구동토크가 크고 차량의 속도보다는 구동력이 중요한 요소를 차지하기 때문에 구동력 증대를 위한 변속시스템의 구성이 필요하다.
본 연구에서는 상용 전기자동차에 적합한 유성기어장치를 이용한 2단 변속메커니즘을 설계하고 상용자동차에 적합한 구동력을 확보하기 위하여 1단에서 7.5:1, 2단에서 4:1의 변속비를 설정하였다. 그에 따른 2단 구조를 갖는 자동변속기를 설계하고 개발된 자동변속기의 구동특성 파악을 위한 시험을 실시하고 실차 테스트를 통하여 적합성을 검증하였다.
첫째, 자동변속기 설계시 필요한 설계변수에 대한 분석을 실시하고 유성기어장치의 조합에 따른 변속메커니즘과 변속비를 선정하였다.
둘째, 설정된 변속메커니즘과 변속기에 적합한 유성기어의 치형을 설계하고 면압 강도와 굽힙강도 해석을 통하여 기어의 안전성을 검증을 실시하여 2단 자동변속기의 구조를 설계하였다.
셋째, 설계된 2단 구조의 자동변속기에서 변속시 발생되는 발열특성을 FEM해석을 통하여 확인하고 소음특성, 진동특성과 변속효율에 대한 테스트를 진행하였다.
넷째, 개발된 2단 구조의 자동변속기를 실제 상용차량에 적용하여 고속 변속시 최고속도와 상용 자동차에 중요한 구배능력에 대한 테스트를 진행하였고, 정속주행 테스트를 실시하여 에너지 효율을 확인하였다.
연구결과, 구동력을 확보하기 위하여 변속비를 높게 설정하였고 그에 따라 최고속도는 약 91Km/h로 내연기관 차량에 비하여 낮게 나타났지만 약 30% 구배능력을 나타내기 때문에 상용자동차에 적합한 구배능력과 구동력을 확보하였다. 따라서 현재 내연기관 상용 자동차를 대체하여 적용이 가능하고 그로인한 배기가스 감소로 환경적인 측면에서 유리하다고 판단된다.
또한, 본 연구 결과를 토대로 상용자동차의 사용목적 및 중량에 따라 기어비를 조정하여 차량에 적용한다면 다양한 형태의 상용 전기자동차의 개발에 도움이 될 것으로 판단된다.

Recently, due to air pollution and global warming problems from the effects of exhaust emission from cars, developments of eco-friendly cars are actively performed. Such researches on eco-friendly cars are gradually expanding from the existing passengers to commercial cars now. Among eco-friendly cars, researches on driving part of hybrid cars and on batteries and motors of electric cars are actively progressing, but researches on gear-shifting system of electric cars are weakly done. Electric cars can increase the driving force by utilizing the rotational speed, but this causes overload on the motor and results in shortening of motor lifespan. Especially, because commercial cars have large initial driving torque and driving force is more important than speed, a composition of gear-shifting system to increase driving force is necessary.
In this study, the gear ratio was set at 7.5:1 on first gear, and 4:1 on second gear to design a double clutch mechanism using planetary gear system that is suitable for commercial electric cars, and to secure proper driving force for commercial cars. A 2-speed automatic transmission was designed accordingly, tests were performed to find out the drive performance of the developed automatic transmission, and the suitability was verified through vehicle test.
First, analysis was performed on the design variable needed in automatic transmission design, and the shifting mechanism and gear ratio were selected according to the combination of planetary gear system.
Second, through designing the tooth profile of planetary gear suitable for previously set shifting mechanism and transmission, and analyzing contact strength and bending strength, gear safety verification was performed, and the structure of 2-speed automatic transmission was designed.
Third, the heat generation characteristic during shirting in 2-speed automatic transmission was verified through FEM analysis, and tests were performed on noise characteristic, vibration characteristic, and transmission efficiency.
Fourth, by applying the developed 2-speed automatic transmission to the actual commercial car, tests on the maximum speed at high-speed shifting, and gradability were performed, and cruise control test was performed to verify the energy efficiency.
As a result, gear ratio was set high to secure driving force, and the maximum speed was approximately 91Km/h, which was lower than internal-combustion engine, but with about 30% gradability, it obtained gradient ability and driving force suitable for commercial cars. Therefore, it can be applied as a replacement of current commercial internal-combustion cars, and is considered environmentally favorable due to reduced exhaust emission.
Also, if the gear ratio is controlled and applied to the car according to the purpose and weight of commercial cars based on the result of this study, it will help with the development of commercial electric cars in various forms.

제 1장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 동향 4
1.2.1 국내연구 동향 4
1.2.2 국외연구 동향 5
1.3 전기 자동차의 종류 8
1.3.1 하이브리드 자동차 9
1.3.2 전기자동차 18
1.3.3 연료전지 자동차 20
1.4 연구 목적과 범위 23
제 2장 자동변속기의 설계 변수 25
2.1 자동변속기 기능 25
2.2 자동변속기 설계 요소 27
2.2.1 유성기어장치 27
2.2.2 토크컨버터 34
2.2.3 유압클러치 37
2.2.4 오일펌프 41
2.2.5 TCU 43
제 3장 자동변속기 변속 메커니즘 설계 46
3.1 변속 메커니즘 선정 46
3.2 변속비 사양 48
3.3 변속 클러치 선정 54
3.4 기어 치형 설계 56
3.5 기어의 강도해석 59
3.5.1 기어의 면압 강도 설계 59
3.5.2 기어의 굽힘 강도 설계 63
3.5.3 기어의 면압 강도 및 굽힘 강도 해석 67
3.6 변속기의 구조 설계 69
제 4장 2단 자동변속기의 구동 특성 75
4.1 자동변속기의 발열특성 해석 75
4.2 자동변속기의 소음특성 시험 79
4.3 자동변속기의 진동특성 시험 83
4.4 자동변속기의 변속효율 시험 87
제 5장 상용 전기자동차 주행성능 시험 89
5.1 최고속도 시험 89
5.2 등판능력 시험 92
5.3 에너지 소비율 시험 96
제 6장 결 론 99
참 고 문 헌 101
부 록 109
국 문 초 록 120
Abstract 122
감사의 글 125

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