KR100302747B1 - 자동변속기용기어트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 마찰요소의 개수를 감소시켜 이에 따른 소형 경량화와 제어의 단순화를 추구하는 자동변속기용 기어 트레인을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 자동변속기용 기어 트레인은 입력축에 고정 연결되는 요소와 이의 요소간에 상호 가변 연결되는 요소를 갖는 제1유성기어;

이 제1유성기어의 한 요소에 고정 연결되는 요소와 변속기 하우징에 가변 연결되는 요소를 갖는 제2유성기어;

출력축에 연결되는 트랜스퍼 드라이브 기어에 고정 연결되고 제1유성기어의 2요소에 가변적으로 연결되는 요소, 제1유성기어의 한 요소에 고정 연결되는 요소, 제2유성기어의 한 요소에 고정 연결되고, 변속기 하우징에 가변 연결되는 요소를 구비한 제3유성기어;

상기와 같이 고정 및 가변 연결되는 제1,2,3유성기어가 입력축으로 전달되는 입력을 전진 5단과 후진 1단으로 변속시켜 트랜스퍼 드라이브 기어로 전달할 수 있도록 제1,2,3유성기어의 특정 요소를 상호 가변 연결하는 클러치 수단, 변속기 하우징에 가변 연결하는 브레이크 수단을 포함하여 구성된다.

Description

자동변속기용 기어 트레인

본 발명은 자동변속기용 기어 트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 클러치와 브레이크 및 유성기어를 효율적으로 조합하여 간단한 구조로 소형 경량화 및 제어의 단순화를 실현하는 자동변속기용 기어 트레인에 관한 것이다.

일반적으로 자동변속기는 트랜스밋션 제어유닛(TCU)이 제어하는 유압제어 시스템에 의하여 작동 및 비작동되는 마찰요소가 이에 연결되는 복합 유성기어의 각 요소들을 제어함으로써 다단 변속을 자동으로 실현할 수 있도록 구성된다.

이와 같이 다단 변속을 실현하도록 유성기어와 마찰요소의 조합으로 구성되는 것을 기어 트레인이라고 통상적으로 지칭한다.

이러한 기어 트레인은 실현할 목표 변속단수에 따라 다양하게 구성되며, 일반적으로 전진 5속과 후진 1속을 실현하는 기어 트레인은 주변속부와 부변속부를 구비하고, 유성기어 3개와 마찰요소 7개로 구성된다.

이러한 자동변속기용 기어 트레인은 많은 개수의 마찰요소를 구비하여 다단 변속을 실현하기 때문에 대형 중량화되고, 제어의 복잡화를 돌출하는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 단점을 지양하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 마찰요소의 개수를 감소시켜 이에 따른 소형 경량화와 제어의 단순화를 추구하는 자동변속기용 기어 트레인을 제공하는 데 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 자동변속기용 기어 트레인은 특정 요소끼리 고정 연결되는 3개의 유성기어; 이를 제어하여 전진 5속과 후진 1속을 실현하도록 입력축, 트랜스퍼 드라이브 기어, 유성기어의 각 요소, 변속기 하우징을 가변적으로 연결하는 4개의 마찰요소를 포함한다.

보다 구체적으로 보면, 본 발명에 따른 자동변속기용 기어 트레인은 입력축에 고정 연결되는 요소와 이의 요소간에 상호 가변 연결되는 요소를 갖는 제1유성기어;

이 제1유성기어의 한 요소에 고정 연결되는 요소와 변속기 하우징에 가변 연결되는 요소를 갖는 제2유성기어;

출력축에 연결되는 트랜스퍼 드라이브 기어에 고정 연결되고 제1유성기어의 2요소에 가변적으로 연결되는 요소, 제1유성기어의 한 요소에 고정 연결되는 요소, 제2유성기어의 한 요소에 고정 연결되고, 변속기 하우징에 가변 연결되는 요소를 구비한 제3유성기어;

상기와 같이 고정 및 가변 연결되는 제1,2,3유성기어가 입력축으로 전달되는 입력을 전진 5단과 후진 1단으로 변속시켜 트랜스퍼 드라이브 기어로 전달할 수 있도록 제1,2,3유성기어의 특정 요소를 상호 가변 연결하는 클러치 수단, 변속기 하우징에 가변 연결하는 브레이크 수단을 포함한다.

이하 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 관련하는 자동변속기용 기어 트레인의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 기어 트레인의 각 변속단별 마찰요소 작동표이다.

도 3은 본 발명에 관련하는 자동변속기용 기어 트레인의 D레인지 1,2,3속시 변속비를 도시한 속도선도이다.

도 4는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 기어 트레인의 D레인지 4,5속시 변속비를 도시한 속도선도이다.

도 5는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 기어 트레인의 R레인지 1속시 변속비를 도시한 속도선도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1:입력축, 3:변속기 하우징, 5:트랜스퍼 드라이브 기어, B1,B2:제1,2브레이크, C1,C2:제1,2클러치, PG1,PG2,PG3:제1,2,3유성기어

도 1은 본 발명에 관련하는 자동변속기용 기어 트레인의 구성도로서, 유성기어 3개와 마찰요소 4개로 전진 5속과 후진 1속을 실현할 수 있도록 구성된다.

즉, 본 구성의 기어 트레인은 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)과 이 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)의 특정 요소를 상호 가변 연결하는 클러치 수단인 제1,2클러치(C1,C2)와 변속기 하우징에 가변 연결하는 브레이크 수단인 제1,2브레이크(B1,B2)를 구비한다.

상기 제1유성기어(PG1)는 엔진(미도시)의 회전 동력을 입력하는 입력축(1)에 고정 연결되는 요소와 이의 다른 요소간에 상호 가변 연결되는 요소를 갖는다.

상기 이 제1유성기어(PG1)는 싱글 피니언 유성기어로 구성되며, 이의 선기어(S1)가 입력축(1)에 고정 연결되고, 이의 캐리어(Ca1)와 링기어(R1)가 제2클러치(C2)에 의하여 상호 가변 연결된다.

그리고 제2유성기어(PG2)는 제1유성기어(PG1)의 한 요소에 고정 연결되는 요소와 변속기 하우징(3)에 가변 연결되는 요소를 갖는다.

상기 제2유성기어(PG2)는 싱글 피니언 유성기어로 구성되며, 이의 선기어(S2)는 제2브레이크(B2)에 의하여 변속기 하우징(3)에 가변 연결되고, 이의 링기어(R2)는 제1유성기어(PG1)의 캐리어(Ca1)에 고정 연결된다.

또 제3유성기어(PG3)는 출력축(미도시)에 연결되는 트랜스퍼 드라이브 기어(5)에 고정 연결되고 제1유성기어(PG1)의 한요소에 가변적으로 연결되는 요소, 제1유성기어(PG1)의 한 요소에 고정 연결되는 요소, 제2유성기어(PG2)의 한 요소에 고정 연결되고 변속기 하우징(3)에 가변 연결되는 요소를 갖는다.

상기 제3유성기어(PG3)는 더블 피니언 유성기어로 구성되며, 이의 선기어(S3)는 제2유성기어(PG2)의 캐리어(Ca2)에 고정 연결되어 제1브레이크(B1)에 의하여 변속기 하우징(3)에 가변 연결되고, 캐리어(Ca3)가 트랜스퍼 드라이브 기어(5)에 고정 연결 및 제1클러치(C1)에 의하여 제1유성기어(PG1)의 캐리어(Ca1)에 각각 가변 연결되며, 이의 링기어(R3)는 제1유성기어(PG1)의 링기어(R1)에 고정 연결된다.

상술한 바와 같이 구성된 자동변속기용 기어 트레인은 차속 및 스로틀 개도와 같은 차량의 운행 상태에 따라 트랜스밋션 제어유닛(TCU)이 유압제어 시스템을 제어함에 따라 제1,2클러치(C1,C2)와 제1,2브레이크(B1,B2)가 도 2에 도시된 바와 같이 선택적으로 작동 및 해방되면서 전진 5속과 후진 1속을 실현하게 된다.

즉, D레인지 1,2,3속 상태에서는 제1클러치(C1)가 작동되므로 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)는 레버 해석에 따라, 도 3에 도시된 바와 같은 제1레버(L1)를 형성하게 된다.

이 제1레버(L1)는 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)의 각 요소를 의미하는 제1,2,3,4,5노드(N1,N2,N3,N4,N5)로 표시된다. 이들 각 노드가 의미하는 유성기어와의 관계는 도 3의 도시로 대치한다.

(D레인지 1속)

D레인지 1속에서는 상기 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)가 작동되므로 제1노드(N1)가 입력 요소, 제4노드(N4)가 반력요소로 된다.

따라서 제1노드(N1)의 입력에 대한 위치와 제4노드(N4)를 연결하면, 1속 선도(ℓ1)가 된다. 이 때 출력 요소인 제2노드(N2)에서 수직 방향의 크기는 감속된 D레인지 1속의 속도비(D1)이다.

(D레인지 2속)

상기와 같은 D레인지 1속에서 차량의 운행 상태가 2속 조건이면 트랜스밋션 제어유닛(TCU)은 제1클러치(C1)가 작동되는 상태에서 제1브레이크(B1)를 해방시키고 제2브레이크(B2)를 작동시켜 D레인지 2속을 실현시킨다.

D레인지 2속에서는 제2브레이크(B2)가 작동되므로 제1노드(N1)가 입력 요소, 제5노드(N5)가 반력요소로 된다.

따라서 제1노드(N1)의 입력에 대한 위치와 제5노드(N5)를 연결하면, 2속 선도(ℓ2)가 된다. 이 때 출력 요소인 제2노드(N2)에서 수직 방향의 크기는 1속의 속도비(D1)보다는 크지만 역시 감속된 D레인지 2속의 속도비(D2)이다.

(D레인지 3속)

상기와 같은 D레인지 2속에서 차량의 운행 상태가 3속 조건이면 트랜스밋션 제어유닛(TCU)은 제1클러치(C1)가 작동되는 상태에서 제2브레이크(B2)를 해방시키고 제2클러치(C2)를 작동시켜 D레인지 3속을 실현시킨다.

D레인지 3속에서는 제1,2클러치(C1,C2)가 작동되므로 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3) 전체가 록킹되어 입력 요소와 출력 요소로 된다. 즉, 제1,3노드(N1,N3)가 입력 요소라고 볼 수도 있다.

따라서 제1노드(N1)의 입력에 대한 위치와 제3노드(N3)의 입력에 대한 위치를 연결하면, 3속 선도(ℓ3)가 된다. 이 때 출력 요소인 제2노드(N2)에서 수직 방향의 크기는 2속의 속도비(D2)보다 큼과 동시에 입출력 속도비가 동일한 D레인지 3속의 속도비(D3)이다.

한편, D레인지 4,5속 상태에서는 제2클러치(C2)가 작동되므로 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)는 레버 해석에 따라, 도 4에 도시된 바와 같은 제2레버(L2)를 형성하게 된다.

이 제2레버(L2)는 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)의 각 요소를 의미하는 제1,2,3,4노드(N1,N2,N3,N4)로 표시된다. 이들 각 노드가 의미하는 유성기어와의 관계는 도 4의 도시로 대치한다.

(D레인지 4속)

상기와 같은 D레인지 3속에서 차량의 운행 상태가 4속 조건이면 트랜스밋션 제어유닛(TCU)은 제2클러치(C2)가 작동되는 상태에서 제1클러치(C1)를 해방시키고 제2브레이크(B2)를 작동시켜 D레인지 4속을 실현시킨다.

D레인지 4속에서는 제2브레이크(B2)가 작동되므로 제3노드(N3)가 입력 요소, 제1노드(N1)가 반력요소로 된다.

따라서 제3노드(N3)의 입력에 대한 위치와 제1노드(N1)를 연결하면, 4속 선도(ℓ4)가 된다. 이 때 출력 요소인 제4노드(N4)에서 수직 방향의 크기는 3속의 속도비(D3)보다는 큼과 동시에 증속된 D레인지 4속의 속도비(D4)이다.

(D레인지 5속)

상기와 같은 D레인지 4속에서 차량의 운행 상태가 5속 조건이면 트랜스밋션 제어유닛(TCU)은 제2클러치(C2)가 작동되는 상태에서 제2브레이크(B2)를 해방시키고 제1브레이크(B1)를 작동시켜 D레인지 5속을 실현시킨다.

D레인지 5속에서는 제1브레이크(B1)가 작동되므로 제3노드(N3)가 입력 요소, 제2노드(N2)가 반력요소로 된다.

따라서 제3노드(N3)의 입력에 대한 위치와 제2노드(N2)를 연결하면, 5속 선도(ℓ5)가 된다. 이 때 출력 요소인 제4노드(N4)에서 수직 방향의 크기는 4속의 속도비(D4)보다는 큼과 동시에 증속된 D레인지 5속의 속도비(D5)이다.

한편, R레인지 1속 상태에서는 제1,2브레이크(B1,B2)가 작동되므로 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)는 레버 해석에 따라, 도 5에 도시된 바와 같은 제3레버(L3)를 형성하게 된다.

이 제3레버(L3)는 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)의 각 요소를 의미하는 제1,2,3,4노드(N1,N2,N3,N4)로 표시된다. 이들 각 노드가 의미하는 유성기어와의 관계는 도 5의 도시로 대치한다.

(R레인지 1속)

R레인지 1속에서는 상기 제1,2브레이크(B1,B2)가 작동되므로 제1노드(N1)가 입력 요소, 제2노드(N2)가 반력요소로 된다.

따라서 제1노드(N1)의 입력에 대한 위치와 제2노드(N2)를 연결하면, 후진 1속 선도(ℓR1)가 된다. 이 때 출력 요소인 제4노드(N4)에서 수직 하향 방향의 크기는 감속된 R레인지 1속의 속도비(R1)이다.

상기에서 제4노드(N4)의 수직 하향 방향은 출력이 입력의 역방향으로 구동됨을 의미한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동변속기용 기어 트레인은 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)와 제1,2클러치(C1,C2), 제1,2브레이크(B1,B2)로 구성되어 전진 5속과 후진 1속을 실현함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동변속기용 기어 트레인은 3개의 유성기어와 4개의 마찰요소로 전진 5속과 후진 1속을 실현하므로 마찰요소의 개수를 감소시켜 이에 따른 소형 경량화와 제어의 단순화를 실현할 수 있다.

Claims (7)

1. 입력축에 고정 연결되는 요소와 이의 요소간에 상호 가변 연결되는 요소를 갖는 제1유성기어와;

   상기 제1유성기어의 한 요소에 고정 연결되는 요소와 변속기 하우징에 가변 연결되는 요소를 갖는 제2유성기어와;

   출력축에 연결되는 트랜스퍼 드라이브 기어에 고정 연결되고 제1유성기어의 2요소에 가변적으로 연결되는 요소, 제1유성기어의 한 요소에 고정 연결되는 요소, 제2유성기어의 한 요소에 고정 연결되고, 변속기 하우징에 가변 연결되는 요소를 구비한 제3유성기어와;

   상기와 같이 고정 및 가변 연결되는 제1,2,3유성기어가 입력축으로 전달되는 입력을 전진 5단과 후진 1단으로 변속시켜 트랜스퍼 드라이브 기어로 전달할 수 있도록, 상기 제1유성기어의 한 요소와 제3유성기어의 한 요소를 가변 연결하는 제1클러치와;

   상기 제1클러치에 의하여 가변 연결되는 제1유성기어의 한 요소와 이의 다른 한 요소를 가변 연결하는 제2클러치와;

   제3유성기어의 한 요소와 변속기 하우징을 가변 연결하는 제1브레이크;

   상기 변속기 하우징과 제2유성기어의 한 요소를 가변 연결하는 제2브레이크와;

   를 포함하는 자동변속기용 기어 트레인.
2. 청구항 1에 있어서, 제1유성기어는 싱글 피니언 유성기어로 구성됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 제1유성기어는 이의 선기어를 입력축에 고정 연결하고, 이의 캐리어와 링기어를 제2클러치를 통하여 가변 연결하여 구성됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
4. 청구항 1에 있어서, 제2유성기어는 싱글 피니언 유성기어로 구성됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인
5. 청구항 1 또는 4에 있어서, 제2유성기어는 이의 선기어를 변속기 하우징에 제2브레이크를 통하여 가변 연결하고, 이의 링기어를 제1유성기어의 캐리어에 고정 연결하여 구성됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
6. 청구항 1에 있어서, 제3유성기어는 더블 피니언 유성기어로 구성됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
7. 청구항 1 또는 6에 있어서, 제3유성기어는 이의 선기어를 제2유성기어의 캐리어에 고정 연결하고, 변속기 하우징에는 제1브레이크를 통하여 가변 연결하며, 이의 캐리어는 트랜스퍼 드라이브 기어에 고정 연결 및 제1유성기어의 캐리어에 제1클러치를 통하여 가변 연결하며, 이의 링기어를 제1유성기어의 링기어에 고정 연결하여 구성됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.

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