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Title Page

Contents

초록 6

Chapter 1. Introduction 12

Chapter 2. Modeling of the Powertrain Systems 14

2.1. Engine 16

2.2. DMF(Dual Mass Flywheel) 18

2.3. Clutch 25

2.4. Synchronizer 29

2.5. Drive Axle 33

2.6. Tire 40

2.7. Road load 43

Chapter 3. Dual clutch Transmission 46

3.1. Conventional 9 Speed Dual Clutch Transmission 47

3.2. Downsized 9 Speed Dual Clutch Transmission 49

3.3. Gear Ratios 51

3.4. Steady State 57

3.4.1. 1st Speed Gear(이미지참조) 58

3.4.2. 2nd Speed Gear(이미지참조) 64

3.4.3. 3rd Speed Gear(이미지참조) 69

3.4.4. 4th Speed Gear(이미지참조) 74

3.4.5. 5th Speed Gear(이미지참조) 79

3.4.6. 6th Speed Gear(이미지참조) 84

3.4.7. 7th Speed Gear(이미지참조) 89

3.4.8. 8th Speed Gear(이미지참조) 94

3.4.9. 9th Speed Gear(이미지참조) 99

3.4.10. Reverse Speed Gear 104

3.5. Transient State 109

3.5.1. Torque Phase 109

3.5.2. Inertia Phase 140

Chapter 4. Simulation and Results 171

4.1. The Downsized 9 Speed Dual Clutch Performance 171

4.2. Driving Performance 173

4.3. Power mode 180

4.4. Economic mode 183

4.5. Normal mode 186

4.6. Fuel consumption 189

Chapter 5. Conclusion 195

References 198

ABSTRACT 199

List of Tables

Table 2.1. Target vehicle data 15

Table 4.1. Power, normal, economic mode fuel consumption at NEDC mode 191

Table 4.2. Power, normal, economic mode fuel consumption at Japanese 1015 mode 194

Table 4.3. Comparisons of shift modes considering driving performance 194

List of Figures

Fig. 2.1. Configuration of DMF 18

Fig. 2.2. DMF system 19

Fig. 2.3. DMF model 20

Fig. 2.4. Bond graph of the DMF model 21

Fig. 2.5. Configuration of the dual multi-plate clutch 26

Fig. 2.6. multi-plate clutch model 26

Fig. 2.7. Configuration of synchronizer 29

Fig. 2.8. synchronizer model 30

Fig. 2.9. Drive axle model 33

Fig. 2.10. Bond graph of the drive axle model 35

Fig. 2.11. Tire model 41

Fig. 3.1. Configuration of the Conventional 9 Speed Dual Clutch Transmission 47

Fig. 3.2. Configuration of the downsized 9 Speed DCT 49

Fig. 3.3. Geometrical gear steps 53

Fig. 3.4. Progressive gear steps 55

Fig. 3.5. 9 speed DCT VS 7 speed DCT in Progressive gear steps 56

Fig. 3.6. Power flow of the 1st speed gear(이미지참조) 58

Fig. 3.7. Bond graph of the 1st speed gear(이미지참조) 59

Fig. 3.8. Power flow of the 2nd speed gear(이미지참조) 64

Fig. 3.9. Bond graph of the 2nd speed gear(이미지참조) 65

Fig. 3.10. Power flow of the 3rd speed gear(이미지참조) 69

Fig. 3.11. Bond graph of the 3rd speed gear(이미지참조) 70

Fig. 3.12. Power flow of the 4th speed gear(이미지참조) 74

Fig. 3.13. Bond graph of the 4th speed gear(이미지참조) 75

Fig. 3.14. Power flow of the 5th speed gear(이미지참조) 79

Fig. 3.15. Bond graph of the 5th speed gear(이미지참조) 80

Fig. 3.16. Power flow of the 6th speed gear(이미지참조) 84

Fig. 3.17. Bond graph of the 6th speed gear(이미지참조) 85

Fig. 3.18. Power flow of the 7th speed gear(이미지참조) 89

Fig. 3.19. Bond graph of the 7th speed gear(이미지참조) 90

Fig. 3.20. Power flow of the 8th speed gear(이미지참조) 94

Fig. 3.21. Bond graph of the 8th speed gear(이미지참조) 95

Fig. 3.22. Power flow of the 9th speed gear(이미지참조) 99

Fig. 3.23. Bond graph of the 9th speed gear(이미지참조) 100

Fig. 3.24. Power flow of the R speed gear 104

Fig. 3.25. Bond graph of the R speed gear 105

Fig. 3.26. Power flow of the 1st → 2nd speed gear(이미지참조) 110

Fig. 3.27. Bond graph of the 1st → 2nd speed gear(이미지참조) 111

Fig. 3.28. Power flow of the 2nd → 3rd speed gear(이미지참조) 114

Fig. 3.29. Bond graph of the 2nd → 3rd speed gear(이미지참조) 115

Fig. 3.30. Power flow of the 3rd → 4th speed gear(이미지참조) 118

Fig. 3.31. Bond graph of the 3th → 4th speed gear(이미지참조) 119

Fig. 3.32. Power flow of the 4th → 5th speed gear(이미지참조) 122

Fig. 3.33. Bond graph of the 4th → 5th speed gear(이미지참조) 123

Fig. 3.34. Power flow of the 5th → 6th speed gear(이미지참조) 126

Fig. 3.35. Bond graph of the 5th → 6th speed gear(이미지참조) 127

Fig. 3.36. Power flow of the 6th → 7th speed gear(이미지참조) 130

Fig. 3.37. Bond graph of the 6th → 7th speed gear(이미지참조) 131

Fig. 3.38. Power flow of the 7th → 8th speed gear(이미지참조) 134

Fig. 3.39. Bond graph of the 7th → 8th speed gear(이미지참조) 135

Fig. 3.40. Power flow of the 1st → 2nd speed gear(이미지참조) 141

Fig. 3.41. Bond graph of the 1st → 2nd speed gear(이미지참조) 142

Fig. 3.42. Power flow of the 2nd → 3rd speed gear(이미지참조) 145

Fig. 3.43. Bond graph of the 2nd → 3rd speed gear(이미지참조) 146

Fig. 3.44. Power flow of the 3rd → 4th speed gear(이미지참조) 149

Fig. 3.45. Bond graph of the 3rd → 4th speed gear(이미지참조) 150

Fig. 3.46. Power flow of the 4th → 5th speed gear(이미지참조) 153

Fig. 3.47. Bond graph of the 4th → 5th speed gear(이미지참조) 154

Fig. 3.48. Power flow of the 5th → 6th speed gear(이미지참조) 157

Fig. 3.49. Bond graph of the 5th → 6th speed gear(이미지참조) 158

Fig. 3.50. Power flow of the 6th → 7th speed gear(이미지참조) 161

Fig. 3.51. Bond graph of the 6th → 7th speed gear(이미지참조) 162

Fig. 3.52. Power flow of the 7th → 8th speed gear(이미지참조) 165

Fig. 3.53. Bond graph of the 7th → 8th speed gear(이미지참조) 166

Fig. 4.1. Clutch1 and clutch2 torque 171

Fig. 4.2. Traction force of the steps 174

Fig. 4.3. Shift schedule of the power mode 175

Fig. 4.4. BSFC of the steps 176

Fig. 4.5. Shift schedule of the economic mode 177

Fig. 4.6. Velocity, gear position, engine speed at power mode 181

Fig. 4.7. Velocity, gear position, engine speed at economic mode 184

Fig. 4.8. Velocity, gear position, engine speed at normal mode 187

Fig. 4.9. Velocity, distance, fuel consumption at NEDC mode 190

Fig. 4.10. Velocity, distance, fuel consumption at Japanese 1015 mode 193

초록보기

 최근 자동차 산업에서는 강화된 환경규제에 대응하기 위하여 다운사이징 및 연비 향상을 주제로 많은 연구가 이루어지는 중이다. 본 연구에서는 수동변속기반의 자동변속기성능을 가지고 있어 동력성능과 연비 효과에서 뛰어난 듀얼 클러치 변속기를 연구대상으로 하여 다운사이징을 하면서 다단화를 이룰 연구방법을 모색하였다. 최근 많은 차량에 탑재 중인 전진 7단 및 후진 1단 기능이 있는 7단 듀얼 클러치 변속기를 기본으로 삼았으며, 싱크로나이저 1개와 기어 1셋을 입력축에 추가하여 부피변화 없이 다운사이징하여 전진 2단이 증가된 9단 듀얼 클러치 변속기를 제시하였다. 9단 듀얼 클러치 변속기가 탑재 되었을 때 정상적인 작동을 하는지 알아보기 위하여 엔진부터 바퀴까지 파워트레인 요소들의 모델링을 하였으며, 컴퓨터 시뮬레이터를 매틀랩으로 구성하여 9단 듀얼 클러치 변속기를 탑재한 차량의 모의주행을 수행하였다. 파워트레인은 엔진, 듀얼 매스 플라이 휠, 듀얼클러치, 변속기, 싱크로나이저, 드라이브 액슬, 타이어, 주행저항으로 구성하였다. 엔진은 엔진맵의 마력곡선과, 토크곡선을 이용하여 모델링하였고, 그 외 파워트레인 구성요소는 본드그래프를 통하여 각각의 메커니즘을 운동방정식으로 나타냈다. 또한 변속기의 메커니즘을 정상상태와 과도상태로 나누어 각각의 특성을 고려하여 운동방정식으로 나타냈다. 매틀랩으로 컴퓨터 시뮬레이터를 구성함에 있어서는 파워, 노멀, 이코노믹 모드로 나누어 각 모드에서 중점으로 둔 요소들을 바탕으로 변속을 수행할 수 있도록 설정하였다. 파워모드는 가속도에 중점을 두었고, 이코노믹 모드는 연비에 중점을 두었으며, 노멀모드는 두 가지 다 만족할 수 있도록 중점을 반반씩 두었다. 시뮬레이션을 통해서는 9단 듀얼 클러치 변속기의 동력단절이 없음을 확인 하였고, 변속과정에 있어서 정상적인 주행도 확인하였다. 또한 0 to 100km/h까지 걸리는 시간, 견인력을 통해 9단 듀얼 클러치 변속기를 탑재한 차량의 동적성능을 확인하였고, 각각 변속스케쥴에 따른 특성과 차이를 분석하였다. 최종적으로 연비 개선 효과 검증을 위해 Japanese 1015와 NEDC 모드의 모의주행을 수행하였고, 각 모드에 해당하는 시간 동안 사용되어지는 연료 소모량과 연료효과의 특징을 확인하였다.

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