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상욱 계
5 years ago
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1 모니터링분석 1 변속기의향후동향과전망 한국과학기술정보연구원전문연구위원진영훈 (yhjin@reseat.re.kr) 1. 서론 지구환경보호를위한운동이가속되는한편간단한시스템의구조와쾌적한주행즐거움의향상에대한요구가높아지고있어이에대응하기위해자동차용변속기는수동변속기에서자동변속기로그리고무단변속기로발전이계속되고있다. 특히환경면에서미국의새로운연비규제 (CAFE), 유럽의 CO 2 규제치 140g/km, 일본의 2015년규제에대응하는것이급선무로변속기의다단화, 무단변속기 (CVT, Continuosly Variable Transmission), AMT(Automated Manual Transmission), HEV(Hybrid Electric Vehicle) 와같은자동화및전달효율의향상이추진되고있다. 또한저연비, 간단쾌적성, 조작감의균형잡힌 DCT(Dual Clutch Transmission) 의보급도확산될경향을보이고있다. 사륜구동 (4WD, 4 Wheel Drive) 은소형, 경량그리고고성능화에주력하고있으며하이브리드시스템은변속기의성능과원가절감에집중하고있다. 2. AT, CVT 의동향과전망 지구환경보호를위해자동차변속기의다단화, CVT화가추진되고있다. 이러한상황을조사하고최근에개발된특기할만한변속기의개발에관해소개한다. - 자동변속기 (AT, Auomatic Transmission) 는전륜구동 (FWD, Front Wheel Drive) 자동차에 6속 AT가장착되고있으며, 후륜구동 (RWD, Rear Wheel Drive) 자동차에는 7속과 8속의다단 AT가차례로소개되고있다.

2 모니터링분석 2 - FWD 자동차에는 2003년 Audi TT Coupe에중간용량의 6속 AT가장착되었으며, 2004년 Peugeot 407에는대용량의 6속 AT가탑재되었다. 일본에서는 2006년에독자적인변속장치를채용하여 Toyota Estima에 6속 AT가, Mazda MPV에 Aisin의 6속 AT가채택되었다. 2007년 Nissan에서는 X-TRAIL에 Jatco제 6속 AT를장착하였다. - RWD에는 2001년 BMW 7 시리즈가승용차에서는세계최초로 6속 AT가장착된이래고급차를중심으로 6속 AT 탑재가확대되고있다. 2003년에 Benz가 7속 AT를채용하였고, Toyota Lexus LS460에 2006년세계최초로 8속 AT가장착되었다. 이 8속 AT는경량화와고강성화에의해 6속 AT와동일한크기로설계되었다. CVT는전륜구동자동차에탑재되고있으며, 2006년 Fuji와 Jatco가공동개발한경자동차용 CVT는마찰을약 10% 줄이고변속범위가확대되어연비성능이향상되었다. Toyota는 2006년 Corola에 CVT를탑재하면서전륜구동자동차에 CVT 탑재를확대하였다. Nissan도 2006년에대용량 CVT를개조한 CVT를탑재하였고 Honda도 2007년새로운 CVT를탑재하였다. 일본정공에서신형 Half Toroidal형 CVT를개발하였으며고효율, 저소음의 Involute Chain Belt 개발에성공하였다. 전륜구동자동차에는연비성능이우수한 CVT의탑재가확대되고, 후륜구동자동차는고급차와고출력을중심으로다단 AT 탑재가확대될것으로생각된다. 특히 CVT는 AT에비해역사가짧고효율면의개선이필요하다. CVT의기본구조는벨트식이주류를이룰것으로생각되며, 별도축을갖는오일펌프와체인벨트의효율개선등요소기술의확대채용에의한연비성능의향상이기대된다. 3. MT, AMT, DCT 의동향과전망 수동변속기 (MT, Manual Transmission) 는연비와환경규제에대응하기위한기술과기본성능의향상그리고자동화가진행되고있다. - 최근의연비 환경규제강화에수반하여다단화의보급, MT의장점인고전달효율과경량화가더욱향상될것으로전망된다. 또한자동차의

3 모니터링분석 3 경량화에수반하여 MT의경량화와사용재료의저감도중요하며, CAE(Computer Aided Engineering) 를활용한 Case 형상의최적화와박막화가진행되고있다. - 변속감과기어소음은주행감성을자극하는 MT의기본성능으로자동차의상품성에도큰영향을준다. 변속감은조작력을줄이고원활한변속감의향상과주행시의기어소음저감을위하여기어연마와호닝, 열처리후치면연마와가공의채용이추진되고있다. AMT는간단, 경량, 고전달효율의이점이있어유럽시장의경우에는소형승용차중심으로확대되고있는경향이다. 변속성능향상에의해구동력을저감하고주행감을향상시키며, 최근에는변속시에콘클러치를사용하여토크의차단없이변속이가능한시스템이소개되고있다. DCT는 2003년에 Volks Wagen의 DSG에의해본격적인양산이시작되었으며, 2007년말에 Nissan 자동차가 Transaxle형 6속 DCT인 GR6와 Mitsubishi 자동차가입력 2축, 출력 2축의 4축구조 6속 DCT인 Twin Clutch SST를생산하면서사용이확대되고있다. 앞으로중형차는발진시를고려하여습식클러치가필요하지만소형승용차용은전동화가가능한고효율건식클러치의적용이확산될것으로예상되며, 경량화가기술적으로해결해야할과제로지적되고있다. 4. 4WD 시스템의기술동향과전망 연비와조종성, 안정성을더욱향상시키고시스템의합리화를위하여구동축을다양한방식으로발전시키고있다. - 커플링 (Coupling ) 방식은 FF(Front engine Front wheel drive) 의기본인콤팩트한레이아웃과미끄러운노면에서발진성과안정성을주안점으로한 Viscous 방식과유압펌프방식이널리채택되고있다. 특히전자제어식은후륜구동고출력차의타이어크리프력의증가로운동성능이높아지는방식도채용되고있다. - Center Differential 방식은종감속기가상류측에설치되므로경량화

4 모니터링분석 4 가가능하여고출력차를중심으로채용되고있고후륜배분비가점점높아지고있으며, 고응답의차동제한기구와병용하여조종성과안정성의양립을도모하고있다. - 모터구동방식은프로펠러샤프트 (Propeller shaft) 를사용하지않는방식이증가하고있으며, 2WD 경우에독립된클러치를개입시켜후륜을구동하는기구와후륜의구동을회생하는기구가개발되었다. - 후륜좌우의구동력차이와회전수차이를적극적으로활용하여운동성능을높이는시스템과후륜의증속기구에의해좌우에각각동력을연결하고또차단하는기구에의해전후와좌우의구동력배분제어가가능한기구그리고전자제어커플링식 4WD에후륜좌우의독립증속기를조합한기구가곧발표될것으로예상된다. 5. 대형차의동향과전망 상업용트럭은경제성때문에디젤엔진을주동력원으로사용하므로구동계도그특성에맞도록설계되어왔다. 특히최근에는지구환경문제에대응하기위하여연비효율이높은소배기량 고출력과급엔진화와고토크 저회전형엔진의보급이진전되고있다. 적재량 10톤이상의대형트럭은과거 17~20L의큰배기량엔진이배기량 9~14L 엔진으로대체되고있다. 변속기도 6~7단에서 9~12단으로전환이급속히이루어지고있으며자동변속기의채택도증가하는추세로유럽은 60% 이상, 일본도 50% 에육박하고있다. 이같은증가추세는앞으로계속이어질것으로전망된다. 상용차는앞으로기계식변속기가주류를이룰것으로생각된다. 마찰손실의저감과재료의변경으로경량화와 AMT 시스템의보급을위한원가절감에관한기술개발이이루어지고있으며, 전자제어식이확산되어차량통합제어에의한연비효율향상이기대된다. 6. HEV 의동향과전망

5 모니터링분석 5 현재자동차회사에서는환경대응자동차로에탄올, 바이오디젤, 전기자동차, 연료전지등의개발을추진하고있으며하이브리드자동차는연비성능과동력성능의현저한향상으로시장에서인식이확산되고있다. 하이브리드는연비저감효과를추구하는 Idle Stop, 전력회생브레이크, 모터어시스트, EV 주행등의채택으로연비효과와동력성능의양립을목표로하고있다. 하이브리드는새로운 2차전지와모터, 인버터등전기부품의획기적인소형 고성능화는물론전달효율의향상과저코스트화가앞으로의관건으로생각된다. 동력의제어와 Navigation 정보, 레이더등의외부정보와도로인프라정보를기반으로가장효율적이고적극적인 EV 주행과충 방전제어의개발로현재보다연비가높아질것으로생각된다. 출처 : Keiichi Maruyama, Masao Shimamoto, Yasuaki Hattori, Satoru Nishimaki, Masahiko Andou "Future Trends and Outlook for Transmissions", 自動車技術, 62(9), 2008, pp.17~22

6 모니터링분석 6 전문가제언 자동차용변속기는엔진의동력을차축에전달하기위한동력전달시스템의핵심장치로엔진의동력특성을차량이요구하는구동력특성에적합하게변환시키는중요한기능을수행하며작동방식에따라크게수동변속기, 자동변속기그리고무단변속기로나눌수있다. 수동변속기는구조가간단해고장이적고가격이저렴하며연비가좋기때문에초기부터모든차량에적용되어왔다. 자동변속기는운전의편리성과안정성때문에낮은효율에도불구하고고급승용차에사용되어왔으며, 최근에는전차종으로사용이확산되고있다. 무단변속기는효율이높고변속충격을완화하여성능과승차감의향상은가능하지만아직까지는소형승용차에만적용되고있다. 자동변속기는 1940년미국의 GM에의해 Hydra-Matic이라는 4단자동변속기가처음으로소개되었으며, 1989년에는일본의 Nissan 자동차가 5단자동변속기를개발하였다. 무단변속기는 1886년에독일의 Daimler Benz에의해무단변속기가소개되었으나, 1958년네덜란드의 DAF사에서개발한무단변속기가세계최초의제품으로평가받고있다. 자동변속기가승용차에장착되는비율은 2008년도에이미 50% 를초과하였고, 무단변속기도 2008년에 7% 를초과하여계속증가하고있는추세에있어앞으로전기제어시스템과통합하여전달효율도개선되고가격도저렴해질것으로전망되고있다. 앞으로자동변속기와전자제어기술의결합은차량의주행상황변화를지속적으로감지하고대응하는지능형시스템으로발전하여자동차의성능향상에크게기여할것으로기대된다.

경북자동차부품관련연구소의효율적 운영방안

2009-046 경북자동차부품관련연구소의효율적 운영방안 차례 표차례 그림차례 요약 1. 연구배경및목적,,, IT. 3,.,.. 2. 국내 지역자동차산업현황 2007 20.3 GDP 2.5%. 9%, 12%, 13%, 07 409, 285 5, 147 2.9. 8.6%, 7.0%, 4.5%, i . ( ) ( ) ( ) 4,577 277,319 38,865,170