딥러닝 기법을 이용한 차량용 변속기의 이상상태 진단에 관한 연구

이명호,윤재웅 사단법인 한국융합기술연구학회 2023 아시아태평양융합연구교류논문지 Vol.9 No.9

차량용 변속기는 자동차의 동력을 조절하고 주행 조건에 맞게 변속을 수행하는 핵심 구성 요소 중 하나이다. 변속기의 원활한 작동은 차량의 성능과 안전에 매우 중요한 영향을 미치므로, 변속기의 이상 상태를 정확하게 감지하고 진단하는 것은 매우 중요다고 할 수 있다. 본 연구에서는 변속기의 이상 상태 현상 중 변속기 노후화에 따라 흔히 발생할 수 있는 축 오정렬과 변속기 내부 오일의 부족 상태 두 가지 형태의 이상 상태를 감지하고자 한다. 이를 위해 차량용 수동 변속기의 이상상태 진단을 위한 테스트 베드를 구축하여 변속을 진행하며 실험을 수행하였다. 진동과 소음 신호를 수집하여 정상상태와 이상 상태에 따른 시간영역 신호, 주파수 영역 신호 분석을 실시하였다. 이러한 신호의 특성을 이용하여 기계학습 기반의 이상상태 진단 방법을 제안하였다. 측정된 신호를 시간영역 신호와 주파수영역 신호로 구분하여 학습을 수행하였고, 그 결과 신호 종류와 영역에 관계없이 최소 96%의 높은 정확도를 갖고 각각의 이상상태를 명확하게 진단할 수 있었다. 제안된 기계 학습 기반 접근 방법은 차량 운전자와 정비 기술자에게 변속기 이상 상태에 대한 조기 경고와 진단 지원을 제공함으로써 차량의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. A vehicle transmission is one of the key components that adjusts the power of a vehicle and performs shifting according to driving conditions. Since the smooth operation of the transmission has a very important effect on the performance and safety of the vehicle, it is very important to accurately detect and diagnose abnormal conditions in the transmission. In this study, among the abnormal conditions of transmission, two types of abnormal conditions, such as shaft misalignment and lack of oil in the transmission, which can often occur due to deterioration of the transmission, are intended to be detected. To this end, a test bed was built to diagnose abnormal conditions of the manual transmission for vehicles, and an experiment was performed while shifting. Vibration and noise signals were collected, and time-domain and frequency-domain signals were analyzed according to normal and abnormal conditions. A machine learning-based abnormal state diagnosis method was proposed using the characteristics of these signals. Learning was performed by dividing the measured signal into a time domain signal and a frequency domain signal, and as a result, each abnormal state could be clearly diagnosed with a high accuracy of at least 96% regardless of the signal type and area. The proposed machine learning-based approach is expected to improve the safety and reliability of vehicles by providing vehicle drivers and maintenance technicians with early warning and diagnostic support for abnormal transmission conditions.

자동변속기 에어브리더 설계 연구

김재형(Jay-Hyung Kim),이수연(Suyeon Lee),박승일(Seungil Park),한창운(Changwoon Han) 대한기계학회 2022 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.10 No.2

자동변속기 차량 운전 시 엔진의 동력으로 인해 자동변속기가 가열되면서 내부 압력이 증가하는 현상이 발생한다. 증가한 압력은 변속기 내부에 치명적인 결함을 발생시킬 수 있으며 이를 예방하기 위해 에어브리더(air breather)가 변속기에 장착되어 압력을 배출시키는 역할을 한다. 에어브리더는 변속기 오일이 누유되지 않으면서 내부 압력을 조절할 수 있고 해당 압력으로 에어브리더 입구를 개폐할 수 있어야 한다. 에어브리더의 내부 압력 설계가 적절하지 않으면 누유 사고가 발생한다. 본 논문에는 에어브리더의 연구를 위해 변속기 내부 압력 모델을 도출하고 내부 압력을 대기압으로 조정할 수 있는 에어브리더 설계 방향을 제시한다. 이상기체법칙을 활용하여 자동변속기 공기 압력 모델을 산출하고 실험치와 비교하여 모델을 검증하였다. 또한, 누유되는 유온을 측정하여 누유 압력을 찾아 오일량에 따라 어느 유온과 압력으로 누유가 되는지를 제시하였다. 마지막으로 도출된 누유 압력식을 이용하여 원하는 차단 시점을 가진 에어브리더를 설계하는 방법을 제시하였다. The air pressure inside an automatic transmission increases while an automobile is in operation. The pressure needs to be exhaled through an air breather to prevent critical damage inside the transmission. A recommended design of the breather should release the air without leaking the transmission oil when the pressure opens and closes the air entrance. There is oil leakage from the entrance when the air pressure inside the transmission is not properly investigated for designing the breather. This paper demonstrates a theoretical transmission model to estimate the air pressure and suggests the design for the breather that adjusts the pressure to atmospheric pressure without the leakage. The theoretical model uses the ideal gas law and the model is verified by comparison with the experimental data. In addition, the leaking temperature is measured to acquire leaking pressure, which helps to predict the leaking temperature and pressure at different oil capacities. Finally, the pressure formula is utilized to design an air breather that obstructs the air entrance at desired inner pressure.

농업용 트랙터의 연료 효율 극대하를 위한 효율맵 개발

박진감 ( Jin-kam Park ),변서정 ( Seo-jung Byeon ),최찬호 ( Chan-ho Choi ),안형종 ( Hyoung-jong Ahn ),이진웅 ( Jin-woong Lee ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

최근 농업용 트랙터의 작업 편의성, 승차감 향상시키기 위해 트랙터용 변속기도 자동변속기가 활발히 개발되는 추세이다. 자동변속기는 크게 유단변속기와 무단변속기로 구분할 수 있으며, 유단변속기는 구분된 변속 단수에서 자동으로 변속이 가능하며 무단변속기는 단수의 구분 없이 연속적인 변속이 가능하다. 특히 무단변속기는 유단변속기와 달리 변속 시 충격이 발생하지 않으므로 승차감 향상에 유리하다. 그러나 트랙터용 무단변속기는 주로 유압식 펌프와 모터로 동력을 전달하는 정유압 변속기(HST, Hydro-static Transmission)로 이루어져 있어 기존 유단변속기에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있다. 본 연구에서는 정유압 변속기가 탑재된 트랙터의 엔진-변속기-기어부로 이어지는 동력전달계 전체의 효율맵을 개발하여 연료 효율을 극대화하기 위한 가이드를 제공하고자 한다. 엔진의 경우 회전 속도, 토크에 따른 연료 효율맵을 도출한다. 변속기는 정유압 변속기의 입력축 속도, 부하 압력, 펌프 사판각에 따른 4차원 효율맵을 도출한다. 또한 기어부를 구성하고 있는 각 축 및 베어링의 연결 구조를 분석하고 입력축 속도 및 토크에 따른 효율맵을 도출한다. 엔진, 변속기, 기어부에서 도출된 효율맵은 엔진 회전수, 부하, 변속기 사판각에 따라 동력전달계 전체의 효율맵으로 도출된다. 개발된 효율맵을 통해 추후 엔진 회전수 제어 및 변속기 사판각 제어에 따라 작업자가 원하는 속도에서 최대 효율을 낼 수 있는 상태로의 목표 설정이 가능하다.

듀얼 클러치 변속기용 저마찰 저누유 유압제어 시스템 개발

양갑진(Kabjin Yang),이창훈(Changhoon Lee),나병철(Byungchul Na) 한국자동차공학회 2014 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2014 No.11

Recent improvements in the fuel efficiency of a car, etc. greening policies and emissions reduction, and improved reliability, and improved recycling, particularly in improving fuel economy because it affects most of the world"s automotive technology automotive powertrain (engine + transmission) is a technology for this this development has been actively promoted. Current technologies can be divided into the intelligent car green vehicle technology development direction of the automotive industry. In particular, and for increasingly stricter environmental regulations, laws and regulations to improve fuel economy and reduce emissions CO to respond to global warming, and actively promote the development of eco-friendly cars with this set to achieve emission reduction targets specific fuel consumption of the gas station and around the world pursuing an aggressive technology development and research and development. We believe this will be a burden on infrastructure led to the near future because the market when compared to other greens, such as hybrid cars and electric vehicles, fuel cell vehicles are dual-clutch transmission. Further development is necessary because it is high can be transferred to the transmission for a hybrid vehicle is high and in addition the transmission efficiency of the motor is a dual clutch transmission. Since in the vehicle to improve the overall system in order to improve fuel efficiency and exhaust gas emissions to meet state-of-the-art in the driving system and transmission system, 8% of the width is emphasized the need for improved technological development of high-efficiency transmission is to improve fuel efficiency. In this study, we developed a dual-clutch transmission for low friction for improved fuel efficiency, low leakage, high-efficiency hydraulic control system design, analysis, fabrication, control and evaluation techniques.

슬라이딩 모드 제어기를 이용한 농업용 트랙터 변속기 제어

박진감 ( Jin-kam Park ),변서정 ( Seo-jung Byeon ),이진웅 ( Jin-woong Lee ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

최근 농업용 트랙터의 편의성 및 승차감 향상을 위해 제조사 및 다양한 연구기관에서 트랙터 무단변속기를 개발하는 추세이다. 무단변속기 중 정유압 변속기(HST, Hydro-static Transmission)는 내구성이 우수하고 출력밀도가 높으며 변속 시 충격이 매우 작다는 장점이 있다. 기존 정유압 변속기의 구동 방식은 전·후진 페달이 유압 펌프 사판 제어부와 기구적으로 연결되어 있어 페달의 밟는 정도에 따라 펌프의 토출 유량이 직접적으로 제어가 가능하나 다양한 작업환경에 적합한 변속 제어가 어렵다. 이를 보완하기 위해 최근 정유압 변속기 유압 펌프의 사판을 페달과 독립적으로 제어할 수 있는 전자식 정유압 변속기가 개발되고 있다. 전자식 정유압 변속기는 별도의 전자식 압력비례밸브를 부착하여 밸브 제어를 통해 유압 펌프의 사판각을 제어할 수 있어, 제어 성능에 따라 변속 성능이 결정된다. 본 연구에서는 농업용 트랙터의 전자식 정유압 변속기의 제어를 위해 슬라이딩 모드 제어기를 이용한 제어 알고리즘을 개발하였다. 슬라이딩 모드 제어기는 제어 대상 내 불확실성, 외란 및 내부 파라미터의 변동 등을 가지고 있기 때문에 강인한 제어 성능이 필요한 다양한 시스템에서 활용되는 제어 기법이다. 특히 농작업과 같이 외부 작업환경에 의해 제어 시스템이 영향을 많이 받을 경우 사용할 수 있는 효과적인 제어기로 볼 수 있다. 슬라이딩 모드 제어기 개발을 위해 먼저 트랙터 동력전달계를 분석하고 상태 공간 모델(State space model)을 설계한다. 그리고 원하는 응답을 갖도록 슬라이딩 표면을 설계하고 슬라이딩 표면에 도달하고 머물 수 있는 적절한 제어 입력을 설계한다. 개발된 제어기의 성능검증을 위해 정유압 변속기가 탑재된 트랙터 시뮬레이션 모델을 개발하고, 작업 부하 조건에서 변속 제어 성능을 확인한다. 또한 부하변동이 큰 농작업 조건에서 실차 시험을 통해 변속 성능에 대한 검증을 실시한다.

농업용 트랙터 듀얼 클러치 변속기의 동력전달 효율 분석에 관한 연구

문석표,문상곤,김재승,손종현,김용주,김수철 유공압건설기계학회 2022 드라이브·컨트롤 Vol.19 No.1

The aim of this study was to conduct basic research on the development of a dual-clutch transmission(DCT) and automatic transmission for agricultural tractors. The DCT layout and the DCT simulation model were developed using commercial software. Power transmission efficiency of the DCT and component power loss were analyzed to verify the developed simulation model. Power loss analysis of the components was conducted according to previous studies and ISO(International Organization for Standardization) standards. The power transmission efficiency of the DCT simulation model was 68.4–91.5% according to the gear range. The power loss in the gear, bearing, and clutch DCT system components was 0.75–1.49 kW, 0.77–2.99 kW, and 5.24–10.52 kW, respectively. The developed simulation model not include the rear axle, differential gear, final reduction gear. Therefore actual power transmission efficiency of DCT will be decreased. In a future study, an actual DCT can be developed through the simulation model in this study, and optimization design of DCT can be possible by comparing simulation results and actual vehicle test.

상용 소프트웨어를 이용한 자동 변속기 주축의 변속기유 윤활경로 해석 연구

박준수(Jun-su Park),오대환(Dae-hwan Oh),이덕재(Duck-jae Lee),김학수(Hak-su Kim),장시열(Siyoul Jang),한관수(Kwan-Soo Han),김진성(Jin-Sung Kim) 한국자동차공학회 2007 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

The durability of an automatic transmission is greatly affected by the ATF(automatic transmission fluid) flow behaviors inside the transmission. However, it is very difficult to exactly estimate the flow rates of ATF at each part of automatic transmission, because of its structural complexities especially when it is under the operating conditions. This computational study by commercial software, Fluent on axial cavity flow behaviors of ATF through the hollow main shaft simulates the discharge flow rates through the oil hole when it is under the operating conditions. ATF horizontally enters into the hollow main shaft by the oil pump and discharges through the oil holes into open air under the rotating conditions. Oil supply flow rate, supply pressure, rotational speed of shaft and magnitude of oil hole diameter are varied in the simulation. Under the variations of these parameters, flow rates through the oil holes are investigated. This study is believed to be the start point for the optimal design of the lubricating system in the automatic transmission.

자동 변속기 주축내의 변속기유 윤활경로 연구

박준수(Jun-su Park),김학수(Hak-su Kim),이덕재(Duck-jea Lee),장시열(Siyoul Jang),한관수(Kwan-Soo Han) 한국자동차공학회 2006 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

The durability of an automatic transmission is greatly affected by the lubrication properties of transmission fluid. However, it is diflicult to exactly estimate the flow rate of lubricating oil at each part of automatic transmission, because of its structural complexity under the rotating condition. This study is performed on oil-cavitation flow in the main shaft to simulate the oil flow dutribution through the oil hole. Oil enters into a horizontal tube through entry and discharges into open air via radially-attached branches. Oil flow and pressure, rotational speed and branch-shaft diameter dimensions are varied. Changes in flow rate with rotational speed are obtained. This study is belived to be the start for the optimal design of the lubricating system in the automatic transmission.

자동차용 변속기의 치합전달오차에 의한 진동특성 연구

배명호,박노길 한국소음진동공학회 2001 한국소음진동공학회 논문집 Vol.11 No.8

The gear whine noise of vehicle transmission is directly correlated tilth the gear transmission error of mating gear The object of this study is to build up the synthesized countermeasure for the reduction of gear whine noire of vehicle transmission by developing the program which can be used to analyze and predict the vibrational characteristics caused by gear transmission error of mating gears of vehicle transmission. The developed mathematical models on the elements of transmission, for example, helical gear pairs, bearings and shafts are used and the modeling of the excitation forces are developed by the gear transmission error of mating gear which is defined by the amount of the elastic deformation of gear tooth & shaft and gear profile & lead errors. The mathematical system model of vehicle transmission developed by the substructure synthesis method Is also verified by the experiments.

자동변속기유의 마찰 및 점도 특성이 연비향상에 미치는 영향에 대한 연구

유성춘(Sungchoon Yoo),차상엽(Sangyoup Cha) 한국자동차공학회 2006 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

To reduce viscosity to be related to the flow resistance or to improve the friction property of automatic transmission fluid is one of the effective way to improve fuel economy of motor vehicle. This study shows that automatic transmission fluid to have a lower viscosity contribute to improve the fuel economy because reduce the torque loss and improve the transmittal efficiency, While Friction property did not help to improve the transmittal efficiency in the automatic transmission. Also, shows F/F type transmission is more affected by viscosity of ATF than F/R type transmission.