KR100308994B1 - 자동변속기용기어트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 유성기어 3개와 마찰요소 5개로 전진 5속과 후진 1속을 실현하면서, 소형화 및 경량화를 추구하고, 동력 효율을 향상시키는 자동변속기용 기어 트레인을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 자동변속기용 기어 트레인은 입력축에 가변 연결되는 요소, 트랜스퍼 샤프트로 동력을 전달하는 요소를 갖는 제1유성기어;

상기 제1유성기어의 한 요소에 고정 연결되는 요소를 갖는 제2유성기어;

상기 제2유성기어의 한 요소에 고정 연결되어 입력축에 가변 연결되는 요소, 상기 제2유성기어의 다른 한 요소에 고정 연결되어 입력축 및 변속기 하우징에 가변 연결되는 요소, 트랜스퍼 샤프트로 동력을 전달하는 요소를 갖는 제3유성기어;

상기와 같이 고정 및 가변 연결되는 제1,2,3유성기어가 입력축으로 전달되는 입력을 전진 5속과 후진 1속으로 변속시켜 트랜스퍼 샤프트로 전달할 수 있도록 제1,2,3유성기어의 특정 요소를 입력축에 가변 연결하는 제1,2,3,4클러치, 제1,2유성기어의 특정 요소를 변속기 하우징에 가변 연결하는 제1브레이크를 포함하여 구성된다.

Description

자동변속기용 기어 트레인

본 발명은 자동변속기용 기어 트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 클러치와 브레이크 및 유성기어를 효율적으로 조합하여 소형화 및 경량화하면서 전진 5속과 후진 1속을 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, 특히 전진 5속과 후진 1속을 실현하는 기어 트레인은 클러치와 브레이크를 7개, 유성기어를 3개 조합한 주변속단과 부변속단으로 이루어진다.

그러나 상기와 같은 자동변속기용 기어 트레인은 클러치와 브레이크를 많이 사용하기 때문에 대형화 및 중량화되고, 동력 손실을 유발시키는 비작동 마찰요소가 많기 때문에 동력 효율을 저하시키는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 단점을 지양하기 위하여 창출된 것으로서, 본발명의 목적은 유성기어 3개와 마찰요소 5개로 전진 5속과 후진 1속을 실현하면서, 소형화 및 경량화를 추구하고, 동력 효율을 향상시키는 자동변속기용 기어 트레인을 제공하는 데 있다.

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 1,2속시 변속비를 도시한 속도선도이다.

도 4는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 기어 트레인의 D레인지 3속시 변속비를 도시한 속도선도이다.

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

도 6은 본 발명에 관련하는 자동변속기용 기어 트레인의 D레인지 5속시 변속비를 도시한 속도선도이다.

도 7은 본 발명에 관련하는 자동변속기용 기어 트레인의 R레인지 1속시 변속비를 도시한 속도선도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1:입력축, 3:변속기 하우징, 5:트랜스퍼 샤프트 7,9:제1,2트랜스퍼 드라이브 기어, 11,13:제1,2트랜스퍼 드리븐 기어, B1:제1브레이크, C1,C2,C3,C4:제1,2,3,4클러치, PG1,PG2,PG3:제1,2,3유성기어

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 자동변속기용 기어 트레인은 특정 요소끼리 고정 및 가변 연결되는 3개의 유성기어;

이를 제어하여 전진 5속과 후진 1속을 실현하도록 입력축, 유성기어의 각 요소, 변속기 하우징을 선택적으로 가변 연결하는 5개의 마찰요소를 포함한다.

보다 구체적으로 보면, 본 발명에 따른 자동변속기용 기어 트레인은 입력축에 가변 연결되는 요소, 트랜스퍼 샤프트로 동력을 전달하는 요소를 갖는 제1유성기어;

상기 제1유성기어의 한 요소에 고정 연결되는 요소를 갖는 제2유성기어;

상기 제2유성기어의 한 요소에 고정 연결되어 입력축에 가변 연결되는 요소, 상기 제2유성기어의 다른 한 요소에 고정 연결되어 입력축 및 변속기 하우징에 가변 연결되는 요소, 트랜스퍼 샤프트로 동력을 전달하는 요소를 갖는 제3유성기어;

상기와 같이 고정 및 가변 연결되는 제1,2,3유성기어가 입력축으로 전달되는 입력을 전진 5속과 후진 1속으로 변속시켜 트랜스퍼 샤프트로 전달할 수 있도록 제1,2,3유성기어의 특정 요소를 입력축에 가변 연결하는 제1,2,3,4클러치, 제1,2유성기어의 특정 요소를 변속기 하우징에 가변 연결하는 제1브레이크를 포함한다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 자동변속기용 기어 트레인은 유압제어시스템이 제1,2,3,4클러치와 제1브레이크를 선택적으로 작동 및 해방시켜 제1,2,3유성기어를 제어하여 전진 5속과 후진 1속을 실현한다.

즉, D레인지 1속에서는 제1클러치와 제1브레이크, D레인지 2속에서는 제2클러치와 제1브레이크, D레인지 3속에서는 제2,3클러치, D레인지 4속에서는 제1,3클러치, D레인지 5속에서는 제1,4클러치, R레인지 1속에서는 제4클러치와 제1브레이크가 각각 작동된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

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

즉, 본 실시예의 기어 트레인은 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3), 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)의 특정 요소를 입력축(1)에 가변 연결하는 제1,2,3,4클러치(C1,C2,C3,C4), 제2,3유성기어(PG2,PG3)의 특정 요소를 변속기 하우징(3)에 가변 연결하는 제1브레이크(B1)를 구비한다.

상기 제1유성기어(PG1)는 입력축(1)에 가변 연결되는 요소, 트랜스퍼 샤프트(5)로 동력을 전달하는 요소를 갖는다.

상기 제1유성기어(PG1)는 싱글 피니언 유성기어로 구성되며, 이의 선기어(S1)와 캐리어(Ca1)가 입력축(1)에 가변 연결되고, 링기어(R1)가 트랜스퍼 샤프트(5)로 동력을 전달할 수 있도록 연결된다.

그리고 제2유성기어(PG2)는 제1유성기어(PG1)의 한 요소에 고정 연결되는 요소를 갖다.

이 제2유성기어(PG2)는 싱글 피니언 유성기어로 구성되며, 이의 링기어(R2)가 제1유성기어(PG1)의 캐리어(Ca1)에 고정 연결된다.

또 제3유성기어(PG3)는 제2유성기어(PG2)의 한 요소에 고정 연결되어 입력축(1)에 가변 연결되는 요소, 제2유성기어(PG2)의 다른 한 요소에 고정 연결되어 입력축(1) 및 변속기 하우징(3)에 가변 연결되는 요소, 트랜스퍼 샤프트(5)로 동력을 전달하는 요소를 갖는다.

상기 제3유성기어(PG3)는 싱글 피니언 유성기어로 구성되며, 이의 선기어(S3)가 제2유성기어(PG2)의 선기어(S2)에 고정 연결되어 입력축(1)에 가변 연결되고, 캐리어(Ca3)가 제2유성기어(PG2)의 캐리어(Ca2)에 고정 연결되어 입력축(1) 및 변속기 하우징(3)에 가변 연결되며, 링기어(R3)가 트랜스퍼 샤프트(5)로 동력을 전달하도록 연결된다.

한편, 제1클러치(C1)는 입력축(1)과 제1유성기어(PG1)의 선기어(S1)를 가변 연결하도록 이들 사이에 설치되고, 제2클러치(C2)는 입력축(1)과 제1유성기어(PG1)의 캐리어(Ca1)를 가변 연결하도록 이들 사이에 설치되며, 제3클러치(C3)는 입력축(1)과 제3유성기어(PG3)의 캐리어(Ca3)를 가변 연결하도록 이들 사이에 설치되고, 제4클러치(C4)는 입력축(1)과 제3유성기어(PG3)의 선기어(S3)를 가변 연결하도록 이들 사이에 설치된다.

그리고 제1브레이크(B1)는 고정 연결된 제2,3유성기어(PG2,PG3)의 캐리어(Ca1,Ca2)를 변속기 하우징(3)에 가변 연결하도록 이들 사이에 설치되다.

상기와 같이 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)를 포함하는 기어 트레인을 제1,2,3,4클러치(C1,C2,C3,C4), 제1브레이크(B1)로 제어하여, 전진 5속과 후진 1속의 출력을 제1,3유성기어(PG1,PG3)의 링기어(R1,R3)를 통하여 트랜스퍼 샤프트(5)로 전달하도록 이들에 제1,2트랜스퍼 드라이브 기어(7,9)가 각각 고정 연결된다.

그리고 이 제1,2트랜스퍼 드라이브 기어(7,9)는 트랜스퍼 샤프트(5)에 장착되는 제1,2트랜스퍼 드리븐 기어(11,13)에 각각 치합된다.

상술한 바와 같이 구성되는 자동변속기용 기어 트레인은 차속 및 스로틀 개도와 같은 차량의 운행 상태에 따라 트랜스밋션 제어유닛(TCU)이 유압제어 시스템으로 제1,2,3,4클러치(C1,C2,C3,C4)와 제1브레이크(B1)를 도 2에 도시된 바와 같이 선택적으로 작동 및 해방시키므로 전진 5속과 후진 1속을 실현한다.

즉, D레인지 각속과 R레인지에서 제1,2,3,4클러치(C1,C2,C3,C4)와 제1브레이크(B1)가 도 2에 도시된 바와 같이 작동 해방되므로 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)는 도 3,4,5,6,7에 도시된 바와 같은 제1,2,3,4,5레버(L1,L2,L3,L4,L5)로 표시된다.

이들 제1,2,3,4,5레버(L1,L2,L3,L4,L5)는 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)의 각 요소를 의미하는 제1,2,3,4,5,6노드(N1,N2,N3,N4,N5,N6)로 표시된다.

즉, 제1노드(N1)는 제1유성기어(PG1)의 선기어(S1), 제2노드(N2)는 제1,2유성기어(PG1,PG2) 각각의 캐리어(Ca1)와 링기어(R2), 제3노드(N3)는 제1유성기어(PG1)의 링기어(R1), 제4노드(N4)는 제3유성기어(PG3)의 링기어(R3), 제5노드(N5)는 제2,3유성기어(PG2,PG3)의 캐리어(Ca2,Ca3), 제6노드(N6)는 제2,3유성기어(PG2,PG3)의 선기어(S2,S3)를 각각 의미한다.

따라서 이하 레인지별 각 변속단의 작동 상태 설명시에는 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3) 각 요소를 대신하여 각 노드를 지칭하면서 설명한다.

(D레인지 1속)

D레인지 1속 상태에서는 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)가 작동되므로 도 3에 도시된 바와 같은 제1레버(L1)에서 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)는 1속 선도(l1)를 형성한다. 여기서 제3,4노드(N3,N4)가 출력요소, 제5노드(N5)가 반력요소, 제1노드(N1)가 입력 요소로 된다.

이 때 제4노드(N4)의 출력을 1, 제3노드(N3)의 출력을 제4노드(N4)의 출력보다 큰 일정 비율을 갖는다고 가정한다. 이는 제1,2트랜스퍼 드라이브 기어(7,9)와 제1,2트랜스퍼 드리븐 기어(11,13)의 기어비를 결정한다.

따라서 1속 선도(l1)에서 입력 요소인 제1노드(N1)에서 수직 방향의 크기는 출력 1에 대한 D레인지 1속의 입력 속도비(D1)이다.

즉, D레인지 1속에서는 출력이 D레인지 1속의 입력 속도비(D1)에 비하여 작으므로 감속되었음을 알 수 있다. 그리고 제3노드(N3)는 제4노드(N4)보다 항상 큰 일정 비율의 속도비를 유지함을 알 수 있다.

(D레인지 2속)

상기와 같은 D레인지 1속 상태에서 차속 및 스로틀 개도가 2속 조건에 이르게 되면, 트랜스밋션 제어유닛(TCU)은 2속 제어를 실현한다.

즉, D레인지 2속 상태에서는 제1브레이크(B1)가 작동하는 상태에서 제1클러치(C1)가 해방되고, 제2클러치(C2)가 작동되므로 도 3에 도시된 바와 같이, 제1레버(L1)에서 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)는 2속 선도(l2)를 형성한다. 여기서 입력 요소이 제2노드(N2)로 전환된다.

따라서 2속 선도(L2)에서 입력 요소인 제2노드(N2)에서 수직 방향의 크기는 출력 1에 대한 D레인지 2속의 입력 속도비(D2)이다.

즉, D레인지 2속에서는 D레인지 1속과 같은 출력에 대하여 D레인지 2속의 입력 속도비(D2)가 D레인지 1속의 입력 속도비(D1)보다 작으므로 D레인지 2 속의 출력은 D레인지 1속보다 증속됨을 알 수 있다. 그리고 D레이지 2속의 출력은 감속됨을 알 수 있다.

(D레인지 3속)

상기와 같은 D레인지 2속 상태에서 차속 및 스로틀 개도가 3속 조건에 이르게 되면, 트랜스밋션 제어유닛(TCU)은 3속 제어를 실현한다.

즉, D레인지 3속 상태에서는 제2클러치(C2)가 작동하는 상태에서 제1브레이크(B1)가 해방되고, 제3클러치(C3)가 작동되므로 도 4에 도시된 바와 같이, 제2레버(L2)에서 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)는 각기 다른 제1,2 3속 선도(l3',l3")를 형성한다. 여기서 제3,4노드(N3,N4)가 출력요소, 제2,5노드(N2,N5)가 입력 요소로 된다.

따라서 제2 3속 선도(ℓ3")상에서 제2노드(N2) 위치, 이와 크기가 같은 제4노드(N4)의 위치, 제2노드(N2)와 같은 크기의 제4,5노드(N4,N5)위치를 연결하면,입력 요소 제2,5노드(N2,5)에서 수직 방향의 크기가 D레인지 3속의 입력 속도비(D3)로 된다.

즉, D레인지 3속에서는 D레인지 2속과 같은 출력에 대하여 D레인지 3속의 입력 속도비(D3)가 D레인지 2속의 입력 속도비(D2)보다 작으므로 D레인지 3속의 출력은 D레인지 2속보다 증속됨을 알 수 있다. 그리고 D레인지 3속에서 출력은 입력과 같음을 알 수 있다.

(D레인지 4속)

상기와 같은 D레인지 3속 상태에서 차속 및 스로틀 개도가 4속 조건에 이르게 되면, 트랜스밋션 제어유닛(TCU)은 4속 제어를 실현한다.

즉, D레인지 4속 상태에서는 제3클러치(C3)가 작동하는 상태에서 제2클러치(C2)가 해방되고, 제1클러치(C1)가 작동되므로 도 5에 도시된 바와 같이, 제3레버(L3)에서 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)는 각기 다른 제1,2 4속 선도(l4',l4")를 형성한다. 여기서 제3,4노드(N3,N4)가 출력요소, 제1,5노드(N1,N5)가 입력 요소로 된다.

따라서 제2 4속 선도(ℓ4")에서 제2노드(N2)와 제4노드(N4)의 '1'인 위치, 제5노드(N5)를 연결하면, 같은 크기의 입력 요소인 제1,5노드(N1,N5)에서 수직 방향의 크기가 D레인지 4속의 입력 속도비(D4)로 된다.

즉, D레인지 4속에서는 출력이 D레인지 3속과 같은 출력에 대하여 D레인지 4 속의 입력 속도비(D4)가 D레인지 3속의 입력 속도비(D3)보다 작으므로 D레인지 4속의 출력은 D레인지 3속보다 증속됨을 알 수 있다.

(D레인지 5속)

상기와 같은 D레인지 4속 상태에서 차속 및 스로틀 개도가 5속 조건에 이르게 되면, 트랜스밋션 제어유닛(TCU)은 5속 제어를 실현한다.

즉, D레인지 5속 상태에서는 제1클러치(C1)가 작동하는 상태에서 제3클러치(C3)가 해방되고, 제4클러치(C4)가 작동되므로 도 6에 도시된 바와 같이, 제4레버(L4)에서 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)는 각기 다른 제1,2 5속 선도(l5',l5")가 된다. 여기서 제3,4노드(N3,N4)가 출력요소, 제1,6노드(N1,N6)가 입력 요소로 된다.

따라서 제2 5속 선도(ℓ5")에서 제2노드(N2)와 제4노드(N4)의 '1'인 위치, 제6노드(N6)를 연결하면, 같은 크기의 입력 요소인 제1,6노드(N1,N6)에서 수직 방향의 크기가 D레인지 5속의 입력 속도비(D5)로 된다.

즉, D레인지 5속에서는 D레인지 4속과 같은 출력에 대하여 D레인지 5속의 입력 속도비(D5)가 D레인지 4속의 입력 속도비(D4)보다 작으므로 D레인지 5속의 출력은 D레인지 4속보다 증속됨을 알 수 있다.

(R레인지 1속)

R레인지 1속 상태에서는 제4클러치(C4)와 제1브레이크(B1)가 작동되므로 도 7에 도시된 바와 같은 제5레버(L5)에서 제1,2,3유성기어(PG1,PG2,PG3)는 R레인지 1속 선도(lR1)를 형성한다. 여기서 제3,4노드(N3,N4)가 출력요소, 제5노드(N5)가 반력요소, 제6노드(N6)가 입력 요소로 된다.

따라서 R레인지 1속 선도(lR1)상에서 입력 요소인 제6노드(N6)에서 수직 방향의 크기는 출력 1에 대한 R레인지 1속의 입력 속도비(r1)이다. 여기서 R레인지 1속의 입력 속도비(r1)가 제5레버(L5)에서 하향하는 것은 출력 1을 상향으로 가정하였기 때문이다.

즉, R레인지 1속에서는 출력이 입력 회전 방향에 대하여 역방향임을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동변속기용 기어 트레인은 유성기어 3개, 클러치 4개, 브레이크 1개를 효과적으로 조합하여 클러치와 브레이크를 선택적으로 작동 및 해방시키므로 전진 5속과 후진 1속을 실현하며;

아울러, 클러치와 브레이크의 개수를 감소시켜 소형화 및 경량화를 실현하고, 동력 손실을 유발시키는 비작동 마찰요소를 감소시켜 동력 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

1. 입력축에 가변 연결되는 요소, 트랜스퍼 샤프트로 동력을 전달하는 요소를 갖는 제1유성기어;

   상기 제1유성기어의 한 요소에 고정 연결되는 요소를 갖는 제2유성기어;

   상기 제2유성기어의 한 요소에 고정 연결되어 상기 입력축에 가변 연결되는 요소, 상기 제2유성기어의 다른 한 요소에 고정 연결되어 상기 입력축 및 상기 변속기 하우징에 가변 연결되는 요소, 상기 트랜스퍼 샤프트로 동력을 전달하는 요소를 갖는 제3유성기어;

   상기와 같이 고정 및 가변 연결되는 제1,2,3유성기어가 상기 입력축으로 전달되는 입력을 전진 5속과 후진 1속으로 변속시켜 상기 트랜스퍼 샤프트로 전달할 수 있도록 상기 제1,2,3유성기어의 특정 요소를 상기 입력축에 가변 연결하는 제1,2,3,4클러치, 상기 제1,2유성기어의 특정 요소를 상기 변속기 하우징에 가변 연결하는 제1브레이크를 포함하는 자동변속기용 기어 트레인.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1유성기어는 싱글 피니언 유성기어로 구성됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 제1유성기어는 선기어와 캐리어가 상기 입력축에 가변 연결되고, 링기어가 상기 트랜스퍼 샤프트로 동력을 전달할 수 있도록연결됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제2유성기어는 싱글 피니언 유성기어로 구성됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
5. 청구항 1 또는 4에 있어서, 상기 제2유성기어는 링기어가 상기 제1유성기어의 캐리어에 고정 연결됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 제3유성기어는 싱글 피니언 유성기어로 구성됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
7. 청구항 1 또는 6에 있어서, 상기 제3유성기어는 선기어가 상기 제2유성기어의 선기어에 고정 연결되어 상기 입력축에 가변 연결되고, 캐리어가 상기 제2유성기어의 캐리어에 고정 연결되어 상기 입력축 및 상기 변속기 하우징에 가변 연결되며, 링기어가 상기 트랜스퍼 샤프트로 동력을 전달하도록 연결됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 제1클러치는 상기 입력축과 상기 제1유성기어의 선기어를 가변 연결하도록 상기 입력축과 상기 제1유성기어의 선기어 사이에 설치됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 제2클러치는 상기 입력축과 상기 제1유성기어의 캐리어를 가변 연결하도록 상기 입력축과 상기 제1유성기어의 캐리어 사이에 설치됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
10. 청구항 1에 있어서, 상기 제3클러치는 상기 입력축과 상기 제3유성기어의 캐리어를 가변 연결하도록 상기 입력축과 상기 제3유성기어의 캐리어 사이에 설치됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
11. 청구항 1에 있어서, 상기 제4클러치는 상기 입력축과 상기 제2유성기어의 선기어를 가변 연결하도록 상기 입력축과 상기 제2유성기어의 선기어 사이에 설치됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.
12. 청구항 1에 있어서, 상기 제1브레이크는 고정 연결된 상기 제2,3유성기어의 캐리어를 상기 변속기 하우징에 가변 연결하도록 상기 제2,3유성기어의 캐리어를 상기 변속기 하우징 사이에 설치됨을 특징으로 하는 자동변속기용 기어 트레인.

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