3.2 클러치 시스템 모델
3.2.3 유압시스템 모델
유압시스템 모델의 목적은 클러치 열해석을 위한 경계 조건인 윤활유량과 제어압력 을 결정하는 것이다. 유압시스템은 동적 모델과 마찬가지로 Simulation X에서 제공하는 유압 모듈을 이용하여 구성하였다. 그림 3.7을 바탕으로 전체 유압시스템을 모델링하면 그림 3.8과 같고 이와 같은 모델은 실제 시스템을 기반으로 다양한 유압시스템 특성을 포함한 해석이 가능하다. 그러나 이러한 모델은 윤활유량과 제어압력이 설계 조건으로 입력되는 것이 아니라, 밸브 및 오리피스 등의 작동에 의해 결정되는 출력 조건이기 때 문에 이들을 원하는 대로 변경하기 어렵다. 따라서 실차 조건에 대한 정밀한 해석을 위 해서는 그림 3.8과 같은 모델이 적합하지만 클러치 초기 설계 단계에서 빠른 설계 검토 를 진행하기에는 보다 단순화된 모델이 필요하다. 클러치 초기 설계 단계에서는 윤활유 량 및 제어압력도 설계조건으로 포함되기 때문에 이들에 대한 자유로운 변경이 필요하 다. 따라서 실제 유압시스템 모델에서는 클러치 설계 검토를 위해 윤활유량과 제어압력 을 직접 입력할 수 있도록 독립적으로 구성하였다.
Fig. 3.8 Hydraulic system model with PPRV
그림 3.9는 독립적으로 구성된 클러치 제어압력 모델을 나타낸 것으로 압력 형상에 대한 룩업테이블(Lookup table)을 통해 제어 압력을 직접 입력할 수 있다. 제어압력 모 델의 각 구성요소와 변수는 표 3.3에서 확인할 수 있으며 이에 대한 상세 설명은 다음 과 같다.
(1) Control signal
클러치 제어압력의 상승시간, 반복 간격, 반복 수를 결정할 수 있다. 출력 값은 그림 3.10의 점선과 같이 입력 파라미터에 따라 클러치 제어 신호를 내보낸다.
Fig. 3.9 Clutch hydraulic control model
(2) Oil temp
작동유의 온도를 입력할 수 있다. 작동유 온도는 압력 맵에 입력되어 온도에 따른 압 력 제어 형태를 반영할 수 있다.
(3) Gain
제어 신호를 증폭시키거나 압축시킬 수 있다.
(4) Pressure map
일반적으로 클러치 제어압력은 온도에 따라 형태가 다르게 적용되기 때문에 제어신 호와 온도로 구성된 2차원 표로 출력 압력을 결정한다. 입력된 온도와 신호에 의해 출 력되는 압력은 그림 3.10의 실선과 같은 형태로 나타난다.
Fig. 3.10 An example of clutch control signal and pressure
No. Label Parameter Nomenclature Unit
1 Control_signal
Engaging time tc sec
Interval ti sec
Number of
repetitions ir
-2 Oil_temp Temperature Toc ℃
3 Gain Gain G kg
4 Pressure_map Control pressure
table -
-Table 3.3 Element parameters of clutch hydraulic control model
클러치 마찰면에 공급된 윤활유는 기본적으로 마찰면 간극으로 공급된다. 마찰면 간 극에 공급된 유량은 홈이 파여진 부분으로 흐르는 유량과 홈이 파이지 않은 부분으로 흐르는 유량으로 구분할 수 있다. 만약 유량이 간극의 허용 용량을 넘어서게 되면 나머 지 유량은 클러치 마찰면 간극 외 다른 틈새로 흐르게 된다. 그림 3.11은 공급된 윤활 유가 흐르는 경로를 보여주고 있으며 이에 대한 관계식은 식 3.21과 같다.
Fig. 3.11 Illustration of flow path for an open wet clutch
Qtot Qfs Qg Qoth er s , (3.21)
where Qtot
Qfs
Qg
Qothers
: total input flow rate by the rotating shaft : flow rate supplied to friction surfaces : flow rate supplied to grooves
: flow rate supplied to the outside of friction surfaces
마찰면의 외부로 유량이 공급된다는 것은 곧 마찰면 간극에 공급된 유량이 간극이 작아 마찰면 외부에 압력을 형성하게 되어 밖으로 흘러넘친다는 것을 의미한다. 클러치 유량 시스템을 모델링하기 위해서는 이러한 현상을 반영해야 하며 이를 위해 특정 압
력 이상에서 밸브가 열리는 스프링 체크밸브를 이용하였다. 구성된 유량 시스템 모델은 그림 3.12와 같다.
Fig. 3.12 Lubricant supply model
Qtot에 의해 전체 유량이 공급되면 노즐로 모델링된 Qfriction과 Qgroove에서 입구 면적에 따른 유량을 배출하게 되고 공급된 유량이 증가하여 유체가 마찰면 외 다른 부분으로 배출될 정도로 압력이 형성되면 유량은 체크 밸브 모델로 구성된 Qothers 모델에 의해서 도 외부로 배출되게 된다.
마찰면 및 홈 모델에 대한 세부 사양은 마찰면 구조에 따라 결정된다. 마찰면의 입구 형상은 사각형으로 가정할 수 있기 때문에 수력계수는 Simulation X의 노즐 요소에서 제공되는 형상 중 사각형으로 선정하여 구성하였다. 사각형의 폭은 유체가 배출되는 마 찰면의 외경 지름으로 하였고 높이는 마찰면 사이의 간극과 같다. 수력 지름이 결정되 면 마찰면으로 흐르는 유량은 다음과 같은 노즐의 유량 계산식에 의해 계산되며 해석 모델 상에 입력되는 설정창은 그림 3.13과 같다.
∙ ∙ ∙
∙
∙ , (3.22)
where Dh
AD
C1
l ν ρ
: Hydraulic diameter : Cross-section area : Friction coefficient : Length of nozzle
: Upstream kinematic viscosity : Upstream fluid density (kg/m3)
Fig. 3.13 A view of window for nozzle model in Simulation X
Qothers 모델의 사양은 클러치의 복잡한 형상 및 틈새 구조에 따라 결정되기 때문에 실험적으로 결정되어야 한다. 체크밸브 모델은 크래킹 압력, 최대 열림 압력, 스로틀 영역의 기울기 등을 설정할 수 있으며 실험값과 해석 값이 매칭되도록 해당 값들을 적 절히 변경해야 한다. 본 연구에서 사용된 체크 밸브의 설정 창은 그림 3.14와 같다.
Fig. 3.14 A view of window for check valve model in Simulation X