Automated Manual Transmission(AMT) and Dual Clutch Transmission(DCT) are applied to hybrid vehicle as a transmission system recently and they achieved better fuel efficiency in comparison with traditional Continuously Variable Transmission(CVT) hybrid vehicle. But there are some problems about torque cut-off, shift shock, energy loss and fracture of clutch disk during shifting gear by use of clutch in AMT & DCT system.
The Clutchless Geared Smart Transmission(CGST) solves these problems by substituting Planetary Gear System(PGS) and motor control for traditional clutch and also it is superior to AMT & DCT system in fuel efficiency, cost, durability, weight and size. In addition, the hybrid vehicle with CGST can also perform conventional function of hybrid vehicle like motor drive at low speed in city traffic and engine drive at high speed to maximize the fuel efficiency, torque support of engine by motor and battery charge by regenerative braking of motor/generator. To perform conventional hybrid function and support smooth gear change in CGST hybrid system, it is required to use different control algorithm as compared with traditional transmission with hybrid system.
So in this research, I suggest the new control algorithm of CGST hybrid system and show the Multibody Dynamic analysis result. CGST hybrid system is composed of internal combustion engine, motor/generator, planetary gear system and Multi-axis Transmission(MAT). So CGST can adjust the speed and torque among gears by speed and torque control of motor/generator. The process of shifting gears in CGST hybrid system is consist of two parts: synchronization and torque distribution process. The difference of angular velocity between gear and its synchromesh is synchronized to engage gear smoothly in process of synchronization. After the synchronization process, torque distribution process is started and the engine torque path is transferred between gears by the motor/generator torque control. So it can prevent a sudden change of output torque.
MATLAB/Simulink is used to realize the multibody dynamic analysis model for CGST and simulate the gear shift process of CGST. By the results of simulation, the hybrid system with CGST can perform synchronization and torque distribution process in process of shifting gears. Smooth change of output torque during gear change is also confirmed.
AMT(Automated Manual Transmission)와 DCT(Dual Clutch Transmission)는 최근 하이브리드 자동차의 변속기로 적용되고 있으며, 기존의 CVT(Continuously Variable Transmission) 하이브리드 자동차보다 더 나은 연료 효율을 보이고 있다. 하지만 변속 시 클러치를 사용하여 토크 단절, 변속 충격, 에너지 손실 및 클러치 디스크의 파괴 등의 문제점이 존재하고 있다.
Clutchless Geared Smart Transmission(CGST)은 이러한 클러치로 인한 문제를 유성 기어 시스템(PGS)과 모터 컨트롤을 사용하여 기존의 클러치를 대체하여 해결하였으며, AMT와 DCT에 비해 연료 효율과 내구성은 증가시켰으며, 가격과 무게, 크기는 감소시킬 수 있다. 추가적으로 CGST 하이브리드 시스템은 연료 효율을 높이기 위해 기존의 하이브리드 자동차가 수행하던 도심 주행 등에서의 저속 모터 주행과 고속 엔진 주행, 모터에 의한 엔진 동력의 보조, 모터/발전기의 회생제동을 통한 배터리 충전 등을 수행할 수 있으며, 여기에 추가적으로 부드러운 변속이 진행되도록 보조할 수 있다. 이로 인해 기존의 변속기를 사용한 하이브리드 시스템과는 다른 제어 알고리즘이 요구된다.
이로 인해 본 연구에서는 CGST 하이브리드 시스템의 새로운 제어 알고리즘을 제안하고 다물체 동역학 해석을 수행하였다. CGST 하이브리드 시스템은 내연기관과 모터/발전기, 유성기어 시스템(PGS), 다축 변속 기어 시스템(MAT)로 구성되어 기어들 간의 토크와 회전 속도를 모터/발전기의 속도 및 토크 제어를 통해 조절하는 것이 가능하다. CGST의 변속 과정은 크게 동기화 과정과 토크 분배 과정으로 나뉘어지며, 동기화 과정에서는 다른 회전 속도를 지닌 기어와 싱크로메쉬의 속도를 동기화시켜 부드럽게 기어가 결합될 수 있도록 한다. 동기화 과정 후 토크 분배 과정이 시작되며, 엔진의 토크 경로가 모터/발전기의 토크 컨트롤을 통해 기어들 사이에서 바뀌게 된다. 이를 통해 급격한 출력축의 토크 변화를 방지할 수 있다.
MATLAB/Simulink를 사용하여 CGST의 다물체 동역학 해석 모델을 구현하였으며, CGST의 변속 과정을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과를 통해, CGST 하이브리드 시스템은 변속 과정에서 동기화와 토크 분배 과정을 수행하는 것이 가능함과 출력축 토크가 부드럽게 변화함을 확인할 수 있었다.
