자동변속기의 유성기어비 역계산을 위한 수치적 접근방법

Abstract

내연기관 자동차의 파워트레인의 구성요소 중 빼놓을 수 없는 것이 변속기이다. 변속기에는 여러 종류가 있지만, 승용차 시장에서는 자동변속기가 매우 큰 점유율을 차지하고 있다. 자동변속기는 유성기어라는 부품을 다수 배치하고, 유성기어를 구성하는 요소인 Sun Gear, Carrier, Ring Gear 들을 회전축으로 연결시킨 구조로 되어 있으며, 각 요소들을 클러치로 고정할 수도 있다. 클러치의 다양한 작동 방법에 따라 각 변속단별 전체기어비를 구현하는 것이 자동변속기의 기본적인 작동원리이다. 자동변속기의 성능을 나타내는 주된 인자들에는 유성기어 요소 및 클러치 요소 간의 상대속도와 작용 토크, 전체기어비가 있다. 자동변속기의 구성부품인 유성기어비 값을 알아낸다면, 위의 자동변속기의 주된 성능 인자들의 값을 계산할 수 있게 된다. 일반적으로 자동변속기 개발과정에서는 타사 변속기 특허를 분석하여 성능을 평가하고, 이를 개선시키거나 침해 회피설계를 하게 된다. 타사 변속기 특허를 분석하려면 우선 특허 명세서를 참조해야 하지만, 대부분의 자동변속기의 특허 명세서에는 자동변속기의 구조도와 각 변속단별 클러치 작동표만 나와 있는 경우가 많으며, 각 유성기어의 기어비는 나타나 있지 않다는 문제점이 있다. 따라서 특허 명세서에 표시된 구조도와 변속단별 클러치 작동표, 전체기어비를 토대로 유성기어의 기어비를 거꾸로 계산하는 방법을 취해야 한다. 본 연구에서는 자동변속기의 각 변속단별 전체기어비를 토대로 자동변속기 내 부품인 유성기어의 기어비를 역계산을 할 수 있는 수치적 접근방법을 제시한다. 유성기어비 역계산을 통해 해당 변속기의 변속단별 기어 효율, 유성기어 요소 및 클러치 요소 간의 상대속도와 작용 토크를 계산하여 실질적인 성능 분석까지 수행할 수 있게 된다.

Transmission is one of the necessary parts of the powertrain of internal combustion engine vehicles. Automatic transmission has a large portion of passenger car market, while there are many kinds of transmission. In automatic transmission, there are several components called planetary gear, and planetary gear has a sun gear, a carrier and a ring gear, and these components can be engaged with each other by clutch. Fundamental principle of the automatic transmission is that achieving total gear ratio by various clutch operation. Relative angular velocity ratios and torque distribution ratios between planetary gear components and clutch components, total gear ratios are the primary indicators which show the performance of automatic transmission. If the gear ratios of the planetary gear, which is the component of automatic transmission, is known, then the primary indicators of the performance of automatic transmission can be calculated. In general automatic transmission development process, patents of transmission of other companies are analyzed, performance is evaluated, improvement is achieved and avoidance of infringement of patents are made. In order to analyze patents of transmission of other companies, patent description should be referenced at the first step. However, most patent descriptions of automatic transmission have only layout and clutch operations table, and dont have planetary gear ratios. So, the methodology should be accepted, that calculates the planetary gear ratios backwards according to the layout, clutch operations table and total gear ratios of the patent description. This research provides the numerical approach for reverse calculation of the planetary gear ratios in automatic transmission according to the total gear ratios of each gear speed. By reverse calculation of the planetary gear ratios, gear efficiency of each gear speed, relative angular velocity ratios and torque distribution ratios between planetary gear components and clutch components can be calculated and performance analysis can also be conducted.