안녕하십니까, 전장 파트 김민혁(17), 정원택(16)입니다.
이번 보고서에서는 패들 시프트의 원리와 필요한 부품들에 대해 조사한 내용을 담아보려고 합니다.
가장 먼저 패들 시프트의 원리를 알아보기 전에 패들 시프트를 왜 사용해야 하는 지 알아야 합니다.
운전대(스티어링 휠)는 두 손으로 잡고 있어야 가장 확실하게 차량을 제어할 수 있기 때문입니다. 두 손으로 확실하게 스티어링휠을 파지한다는 것은 반드시 엄지 손가락을 휠 안 쪽으로 집어넣어 철봉을 쥐듯이 잡은 상태를 말하는데 그렇지 않고 단순히 두 손이 휠을 잡고 있는 상태라고 한다면 레이싱 상황에서는 조작 실수가 나올 수도 있습니다.
그렇기 때문에 장치를 추가해 엄지 손가락을 사용하지 않는 시프터를 만드는 것(엄지 손가락으로 버튼을 누르거나 하는 방법을 잘 쓰지 않는 이유. 조작 실수가 나올 수 있기 때문). 스위치가 필요하지 않고 두 판의 접점을 통해서 변속이 되도록 하는 것이 특징입니다.
패들 시프트를 장착하는 가장 큰 이유는 기록에 좋은 영향을 미치기 위해서입니다. 즉, 시스템이 확실하고 안정적으로 작동해야 된다는 것. 이 시스템의 목적이 드라이빙의 실수가 없도록 신뢰성을 향상시키고 부가적으로 변속로스를 줄여보자는 것인데 시스템 자체의 안정성이 떨어져서 변속이 안 된다거나 미스가 생긴다고 하면 과감하게 탈거해서 보완한 후 다음에 제작할 차량에 다시 시도하는 것이 바람직 하다고 생각합니다.
하지만 시동을 민혁이와 제가 목표로한 시간에 맞춰 걸었고 대회까지 시간도 남았으며 민혁이와 패들 시프트를 만들어야 하는 이유에 대해서도 충분히 대화를 나눴기 때문에 죽이되든 밥이 되든 만들어야 하고 만들고 나서 기존의 링크&케이블 방식으로 갈지 결정하면 되는 문제라고 생각합니다.
올해 초부터 조금씩 패들 시프트에 대해 조사를 했기 때문에 아주 기본적인 것들은 알고 있는 상황이었습니다. 하지만 패들 시프트의 원리에 대해 다른 사람에게 설명할 수 있는 수준이 되지 않으면 만들지 않는 게 오히려 팀에 도움이 된다고 생각했습니다. 실제로 원리를 제대로 알지 못하면 패들 시프트를 구동할 수 없습니다. 공부를 하면서 알게 됐지만 패들 시프트가 단순히 링크&케이블 방식처럼 하드웨어적으로 변속을 도와주는 장치라고 생각하면 쉽겠지만 그렇지 않았습니다. 바이크 엔진에 대한 이해, 변속 원리, 바이크 엔진에서 2페달 드라이빙 방법, 이에 따른 연료 분사 제어, 전기 신호에 대한 방법 등 제어의 분야에 대한 지식이 필요하다는 것을 알게 됐습니다.
자세한 설명은 첨부파일로 올려둘 테니 관심 있으신 분들은 읽어보셔도 좋겠습니다. 아직 레브 매칭에 대한 이해가 부족해서 확실히 이해하고 수정해야 될 부분도 있고 보고서화 되지 않아서 필요 물품을 사고 구현하면서 보충 공부하고 수정하도록 하겠습니다.
아주 간단하게 설명을 하면 CO2봄베에 압축 CO2를 투입한 후 봄베에서 CO2가 레귤레이터를 통해 압력을 낮춰서 솔레노이드 밸브로 향하고 솔레노이드 밸브에 전기 신호를 보내서 에어 실린더를 기계적으로 작동을 시키는 것이 기본적인 원리입니다. 이 과정에서 센터가 개방된 솔레노이드를 사용해야 하고 어떻게 제어하고 레브 매칭을 하기 위해 퓨얼 컷을 할지 이그니션 컷을 할지(보조ECU는 논외) 등등을 고려해야 합니다.
여기까지가 민혁이와 제가 이해한 내용이고 다음 주에는 퓨얼 컷과 TP S/W를 어떻게 사용해야 되는 지 알아보고 관련 부품을 조사해보도록 하겠습니다.
다음으로는 필요 물품을 정리해봤습니다.
패들 시프트를 구동하기 위해 필요한 물품은
1) CO2 봄베 - 8oz 이상의 용량, 레귤레이터와 동일한 Fitting 규격을 가진 봄베를 사용.
→ ‘SG’s Corp. 0.48L’
2) 레귤레이터 - 기존 차량에 있던 레귤레이터와 역할이 다릅니다. 기존 차량에 있던 레귤레이터는 발전기를 통해 저장된 전력을 저장하고 남는 전력은 열E로 방출해주는 역할을 하지만 패들 시프트에 사용되는 레귤레이터는 CO2 봄베에서 에어실린더로 압축 공기가 이동하는 과정에서 압력을 낮춰서 공급할 수 있게 해주는 역할을 합니다.
Inlet : 70bar / Outlet : 7bar / 입출구 게이지 포함
→ ‘Drastar’s DR60-A200-2‘
3) 솔레노이드 밸브 - 신호에 따라 고압 CO2를 공급해주는 역할. 센터 뚫린 것을 사용해야 함. 센터 막힌 건 리턴이 되지 않아서 DRS용으로 사용함.
Max 공급 압력 : 6bar 이상 Exhaust Center
→ ‘SMC’s SY3320’
4) 에어실린더 - Pivot을 위한 핀조인트 클레비스 일체형
직경 : 16mm, 스트로크 40~50mm
→ ‘SCH’s PSP-16-50D’, SCH : 회사이름, PSP : 소형 에어실린더, 16 : 튜브내경, 50 : 실린더 표중행정(mm), D : 타입(핀 포함)
17년도 한양대와 마찬가지로 우리도 공압식 패들 시프트가 첫 시도이기 때문에 한양대를 벤치마킹, 한양대의 경우 혹시 발생할 수 있는 문제에 대비하여 국내에서도 쉽게 구할 수 있어야 한다는 조건을 가지고 각 부품을 선정했습니다.
이미 선배님들의 캡스톤 디자인 과제물로 CO2 봄베와 솔레노이드 밸브, 에어 실린더가 있지만 새로 구매하는 이유는 CO2 봄베는 봄베의 입출구에 끼우는 장치가 없어서 사용할 수 없고 에어 실린더의 경우 우리가 필요로 하는 토크 이상의 에어 실린더이기 때문에 불필요하게 무게, 토크가 증가해 더 많은 압축 CO2를 소비하므로 새로운 에어 실린더를 구매하기로 결정했습니다. 실제로 선배님들께서 캡스톤 디자인 과제를 수행하셨을 때 변속 쿨타임(?)이 길었다고 말씀해주셨습니다. 이 부분의 이유를 찾지 못하고 있었는데 에어 실린더의 직경, 토크의 영향이라는 것을 한양대학교의 report를 통해 찾을 수 있었습니다. 이에 맞춰 솔레노이드 밸브도 호환성, 경량화를 생각해 새로 구매하기로 했습니다.
아래 나머지 부품들은 다음 주에 원리와 함께 조사할 예정입니다.
5) 퓨얼 컷을 위한 릴레이,
6) TP S/W
7) CO2 저장 탱크(대회장에서 사용할)
이렇게 있습니다.
오늘 보고서는 한양대학교 baqu4의 RBF-17 report와 공주대학교 강민호씨의 블로그와 유튜브를 상당 부분 많이 참고했습니다. 감사합니다.
그림들은
기계설계 :: 솔레노이드 밸드 기호와 종류 (tistory.com)
에서 참고 했습니다.
감사합니다.