KR100401642B1 - 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인 - Google Patents

Abstract

3개의 유성기어세트를 사용하되 가볍고 컴팩트한 자동변속기를 제공할 수 있도록 적은 개수의 마찰요소를 사용하며, 가속시에 자주 사용되는 저속 변속단에서 작동요소의 회전속도를 낮춤으로써 내구성을 증가시키고, 마찰요소의 슬립속도를 저하시킴으로써 내구성을 증가시킴과 아울러 동력손실을 줄이며, 동력전달 경로를 단순화함으로써 내구성을 증가시킴과 아울러 동력손실을 줄이기 위하여,

제1선기어와 제1캐리어 그리고 제1링기어를 포함하는 제1유성기어세트, 제2선기어와 제2캐리어 그리고 제2링기어를 포함하는 더블 피니언 유성기어세트인 제2유성기어세트, 및 제3선기어와 제3캐리어 그리고 제3링기어를 포함하는 제3유성기어세트를 포함하여 구성되며;

상기 제1,3유성기어세트가 조합되어 복합유성기어세트를 형성하되, 상기 복합유성기어세트는 제1,3캐리어 및 제1,3링기어 중 어느 두개가 다른 두 개와 상호 고정 결합함으로써 변속선도 상에서 순차적으로 제1,2,3,4노드를 형성함과 아울러, 상기 제1,3선기어가 상기 제1,4노드로 각각 형성되고;

상기 제1 및 제3 노드의 작동요소는 각각 제1 및 제2클러치를 개재하여 입력축에 연결되고;

상기 제3노드의 작동요소 및 상기 제3선기어에는 그 회전을 가변적으로 정지시키는 제1 및 제2브레이크가 각각 연결되며;

제2노드의 작동요소는 항시 출력요소로 작용하고;

제2유성기어세트의 상기 제2링기어는 상기 제3선기어에 고정 연결되며, 제2유성기어세트의 타 작동요소 중 어느 하나는 고정적으로 정지되고, 다른 하나는 입력축에 제3클러치를 개재하여 연결된 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인을 제공한다.

Description

차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인{A SIX-SPEED POWER TRAIN OF AN AUTOMATIC TRANSMISSION FOR A VEHICLE}

본 발명은 자동변속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 유성기어세트를 조합하여 복수 변속단을 구현하는 자동변속기의 파워 트레인에 관한 것이다.

통상적으로 자동변속기의 다단 변속 메커니즘은, 복수의 유성기어세트를 조합하여 구현되고 있으며, 이러한 복수의 유성기어세트가 조합된 파워 트레인은, 자동변속기에 포함된 토크컨버터로부터 토크를 입력받아 이를 변속하여 출력축에 전달하는 기능을 하게 된다.

그런데, 변속기가 구현 가능한 변속단이 많을수록, 보다 적절한 변속비의 설계가 가능할 뿐만 아니라, 동력성능 및 연비 면에서 우수한 차량을 구현할 수 있으므로, 보다 많은 변속단을 구현하는 자동변속기는 꾸준한 연구의 관심이 되고 있다.

뿐만 아니라 같은 개수의 변속단을 구현한다고 하더라도, 유성기어세트의 조합 방법에 따라 파워 트레인의 내구성, 동력전달효율, 크기 등이 달라지게 되어, 보다 견고하고, 동력손실이 없으며 보다 컴팩트한 파워 트레인 구성을 발명하기 위한 노력이 항시 진행되고 있다.

특히, 변속단이 지나치게 많으면 운전자가 변속을 자주 해주어야 하는 불편이 발생하는 수동변속기와는 달리, 자동변속기는 운전상태에 따라 제어유닛이 파워 트레인의 작동을 제어함으로써 변속을 수행하게 되므로, 보다 많은 변속단을 구현하는 파워 트레인의 구성을 찾는 노력은 자동변속기에 있어 더욱 중요한 가치를 가지게 된다.

이러한 추세에 따라 4속 및 5속 파워 트레인에 관한 다양한 연구가 진행되고 있음과 아울러, 최근에는 전진6속 및 후진1속을 구현하는 자동변속기의 파워 트레인 구조가 제공되고 있으며, 그 일예로는 미국 특허 제6,071,208호(2000년6월6일; 이하 "미국특허"라 칭한다)의 명세서에 기재된 파워 트레인을 들 수 있다.

도 1은 상기 미국특허 제6,071,208호의 파워 트레인을 도시한 도면이며, 그 작동표는 도 2에 도시되어 있다.

도 1을 참조로 상기 일예의 6속 파워 트레인 구조를 살펴보면, 1개의 더블 피니언 유성기어세트(PG1)와 2개의 싱글 피니언 유성기어세트(PG2, PG3)를 조합하되, 입력축(2)에는 제1유성캐리어(4)가 고정 연결되고, 제2유성캐리어(22)가 항시 출력요소로 작용한다.

작동요소간의 연결관계로는, 제1링기어(6)와 제3링기어(8), 제2선기어(12)와 제3선기어(10), 및 제2링기어(16)와 제3유성캐리어(14)가 각각 고정 연결된다. 한편, 상기 제1유성캐리어(4)는 제1선기어(18) 및 제3유성캐리어(14)에 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)를 각각 개재하여 가변 연결된다.

또한, 고정 연결된 상기 제2,3선기어(12,10)를 정지시킬 수 있도록 제1브레이크(B1)가 구비되고, 상기 제3유성캐리어(14)를 정지시킬 수 있도록 제2브레이크(B2)가 구비되며, 고정 연결된 상기 제1,3링기어(6,8)를 정지시킬 수 있도록 제3브레이크(B3)가 구비되고, 상기 제1선기어(18)을 정지시킬 수 있도록 제4브레이크(B4)가 구비된다.

상기 미국특허의 6속 파워 트레인 구조는, 클러치2개 및 브레이크4개 등 총6개의 마찰요소를 사용하고 있는 바, 더 작은 수의 마찰요소로도 전진6속 및 후진1속을 구현하는 파워 트레인을 구현함으로써, 더욱 가볍고 컴팩트한 자동변속기를 제공할 필요성이 있다.

도 2는 상기 미국특허 제6,071,208호의 파워 트레인의 작동표를 도시한 도면이고, 도 3a 내지 도 3f는 상기 도 2의 작동표에 따라 상기 미국특허의 파워 트레인을 동작시킨 경우의 작동상태를 도표화한 그림이다.

특히 도 3a는 상기 미국특허의 파워 트레인의 세부제원(즉, 각 유성기어세트의 기어비)을 표시한 것이고, 도 3b는 상기 도3a의 세부제원에 의하여 상기 미국특허의 파워 트레인에서 제공되는 각 변속단의 변속비를 표시한 도표이며, 도 3c는 입력요소의 회전속도에 대비한 각 작동요소의 회전속도를 변속단별로 정리한 도표이며, 도 3d는 각 변속단별로 마찰요소의 슬립속도를 계산한 결과표이며, 도 3e는 각 작동요소 및 각 마찰요소에 걸리는 토크를 변속단별로 정리한 도표이고, 도 3f는 동력전달에 관여하여 부하를 담당하는 유성기어세트를 각 변속단 별로 정리한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 미국특허의 파워 트레인은 제1속에서 제1,4브레이크(B1,B4), 제2속에서 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1), 제3속에서 제2클러치(C2)와 제1브레이크(B1), 제4속에서 제1,2클러치(C1,C2), 제5속에서 제2클러치(C2)와 제4브레이크(B4), 제6속에서 제2클러치(C2)와 제3브레이크(B3)를 각각 작동시키며, 후진 변속단에서는 제2,4브레이크(B2,B4)가 작동되게 된다.

이러한 작동관계를 참조로, 도 3a에 도시된 각 유성기어세트의 기어비에 따라 구성되어 상기 도 3b에 도시된 변속비를 구현하는 상기 미국특허의 파워 트레인의 각 작동요소의 작동상태를 살펴본다.

(1) 전진 3속에서, 제1선기어(18)가 입력축의 회전속도에 비해 2배 이상의 속도로 회전함(도 3c 참조)은 물론, 비작동 마찰요소인 제4브레이크(B4) 또한 같은 속도로 슬립이 발생하게 된다(도 3d 참조).

통상적으로 4속에서 1:1의 변속비를 이루는 6속 자동변속기에서 3속은 추월가속시에 자주 사용하게 되고, 따라서 이러한 경우에 고속회전요소가 상존하게 되면 자동변속기의 내구성이 저하된다.

(2) 도 3d를 참조로 하면, 모든 변속단에 걸쳐 마찰요소의 슬립속도가 과다하므로 내구성이 저하될 뿐만 아니라 동력손실이 초래된다는 것을 알 수 있다. 즉, D2 내지 D6에서 전반적으로 마찰요소의 슬립속도를 저하하는 방향으로 개선할 필요가 있다.

특히, 전진6속(D6)를 살펴보면, 마찰요소의 슬립속도의 합이 지나치게 크므로 내구성에 관한 문제점은 전진6속에서 더욱 크다는 것을 알 수 있다.

(3) 도 3f를 참조로 동력전달에 관여하여 부하를 담당하는 유성기어세트의 수를 고려할 때, 상기 미국특허의 파워 트레인은 전진5,6속에서 두 개 이상의 유성기어세트가 동력전달에 관여함으로써 동력전달효율이 저하되며, 따라서, 보다 높은 동력전달효율을 제공하는 자동변속기용 파워 트레인을 제공할 필요가 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 필요를 만족하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 3개의 유성기어세트를 사용하되 가볍고 컴팩트한 자동변속기를 제공할 수 있도록 적은 개수의 마찰요소로 전진6속의 변속단을 구현하며, 가속시에 자주 사용되는 저속 변속단에서 작동요소의 회전속도를 낮춤으로써 내구성을 증가시키고, 마찰요소의 슬립속도를 저하시킴으로써 내구성을 증가시킴과 아울러 동력손실을 줄이며, 동력전달 경로를 단순화함으로써 내구성을 증가시킴과 아울러 동력손실을 줄일 수 있는 자동변속기용 파워 트레인을 제공하는 것이다.

도 1은 종래기술에 의한 6속 파워 트레인의 일예를 도시한 도면이다.

도 2는 상기 일예의 종래기술에 의한 파워 트레인의 작동표이다.

도 3a 내지 도 3f는 상기 도 2의 작동표에 따라 상기 일예의 종래기술에 의한 파워 트레인을 동작시킨 경우의 작동상태를 도표화한 그림이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 자동변속기의 파워 트레인의 구성도이다.

도 5는 본 발명의 실시예의 자동변속기의 파워 트레인을 작동시키기 위한 작동표이다.

도 6은 본 발명의 실시예의 자동변속기의 파워 트레인의 노드(N1 내지 N6)를 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예의 자동변속기의 파워 트레인의 변속선도를 도시한 것이다.

도 8a 내지 도 8f는 특정한 기어비에 관하여 본 발명의 실시예의 파워 트레인을 동작시킨 경우의 작동상태를 도표화한 그림이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 자동변속기의 파워 트레인은, 제1선기어와 제1캐리어 그리고 제1링기어를 포함하는 제1유성기어세트, 제2선기어와 제2캐리어 그리고 제2링기어를 포함하는 더블 피니언 유성기어세트인 제2유성기어세트, 및 제3선기어와 제3캐리어 그리고 제3링기어를 포함하는 제3유성기어세트를 포함하여 구성되며;

상기 제1,3유성기어세트가 조합되어 복합유성기어세트를 형성하되, 상기 복합유성기어세트는 제1,3캐리어 및 제1,3링기어 중 어느 두개가 다른 두 개와 상호 고정 결합함으로써 변속선도 상에서 순차적으로 제1,2,3,4노드(node)를 형성함과 아울러, 상기 제1,3선기어가 상기 제1,4노드로 각각 형성되고;

상기 제1 및 제3 노드의 작동요소는 각각 제1 및 제2클러치를 개재하여 입력축에 연결되고;

상기 제3노드의 작동요소 및 상기 제3선기어에는 그 회전을 가변적으로 정지시키는 제1 및 제2브레이크가 각각 연결되며;

제2노드의 작동요소는 항시 출력요소로 작용하고;

제2유성기어세트의 상기 제2링기어는 상기 제3선기어에 고정 연결되며, 제2유성기어세트의 타 작동요소 중 어느 하나는 고정적으로 정지되고, 다른 하나는 입력축에 제3클러치를 개재하여 연결된 것을 특징으로 한다.

동력손실을 줄이기 위해 상기 제1,3 유성기어세트는 싱글피니언 유성기어세트로 하는 것이 바람직하고, 상기 복합유성기어세트는 제1캐리어와 제3링기어, 제1링기어와 제3캐리어가 각각 고정 연결되어 형성됨으로써, 제2노드에는 상호 고정 연결된 제1캐리어와 제3링기어가, 제3노드에는 상호 고정 연결된 제1링기어와 제3캐리어가 각각 대응되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2유성기어세트의 회전요소의 회전관성을 줄이기 위하여, 상기 제2유성기어세트의 작동요소 중 고정적으로 정지된 작동요소는 제2캐리어로 하는 것이 바람직하다.

특히, 전륜(前輪)구동 형식의 차량에서 탑재되기 위하여는 출력축의 방향이 입력축 쪽으로 치우쳐야 하는 바, 출력요소를 포함하는 상기 복합유성기어세트는 입력축과 상기 제2유성기어세트 사이에 배치되는 것이 바람직하다.

이에 더하여, 상기 복합유성기어세트를 구성하는 제1,3유성기어세트는 입력축으로부터 제1유성기어세트, 제3유성기어세트의 순으로 배치함으로써 출력요소의 위치가 보다 엔진 방향으로 배치되게 되어, 변속기에 연결되는 디프렌셜로부터 좌우 구동휠로 동력을 전달하는 드라이브 샤프트의 길이를 비슷하게 형성할 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 자동변속기의 파워 트레인은 보다 구체적으로, 제1선기어와 제1캐리어 그리고 제1링기어를 포함하는 싱글피니언 유성기어세트인 제1유성기어세트, 제2선기어와 제2캐리어 그리고 제2링기어를 포함하는 더블 피니언 유성기어세트인 제2유성기어세트, 및 제3선기어와 제3캐리어 그리고 제3링기어를 포함하는 싱글피니언 유성기어세트인 제3유성기어세트를 포함하여, 입력축으로부터 제1,3,2유성기어세트의 순으로 배치되고,

상기 제1캐리어와 제3링기어, 제1링기어와 제3캐리어, 제3선기어와 제2링기어가 각각 상호 고정 연결되고,

제1선기어, 제3캐리어 및 제2선기어는 각각 제1,2,3클러치를 개재하여 입력축에 가변 연결되고,

상기 고정 연결된 제1링기어와 제3캐리어에 제1브레이크가, 상기 고정 연결된 제3선기어와 제2링기어에 제2브레이크가 개재되며,

제2캐리어는 항시 고정되고, 제1캐리어가 항시 출력요소로 작용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 자동변속기의 파워 트레인의 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 파워 트레인은, 제1선기어(S1)와 제1캐리어(PC1) 그리고 제1링기어(R1)를 포함하는 싱글피니언 유성기어세트인 제1유성기어세트(PG1), 제2선기어(S2)와 제2캐리어(PC2) 그리고제2링기어(R2)를 포함하는 더블 피니언 유성기어세트인 제2유성기어세트(PG2), 및 제3선기어(S3)와 제3캐리어(PC3) 그리고 제3링기어(R3)를 포함하는 싱글피니언 유성기어세트인 제3유성기어세트(PG3)를 포함한다.

상기 제1,2,3유성기어세트(PG1,PG2,PG3)의 배열은, 입력축으로부터 제1,3,2유성기어세트(PG1,PG3,PG2)의 순으로 배치된다.

상기 각 작동요소간의 고정연결은, 상기 제1캐리어(PC1)와 제3링기어(R3), 제1링기어(R1)와 제3캐리어(PC3), 제3선기어(S3)와 제2링기어(R2)가 각각 상호 고정 연결된다.

입력축에는 제1선기어(S1), 제3캐리어(PC3) 및 제2선기어(S2)가 각각 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)를 개재하여 가변 연결된다.

또한, 상기 고정 연결된 제1링기어(R1)와 제3캐리어(PC3)에 제1브레이크(B1)가, 상기 고정 연결된 제3선기어(S3)와 제2링기어(R2)에 제2브레이크(B2)가 개재되어 변속기 하우징(H)에 각각 연결되며, 제2캐리어(PC2)는 항시 고정되고, 제1캐리어(PC1)가 항시 출력요소로 작용한다.

도 5는 본 발명의 실시예의 자동변속기의 파워 트레인을 작동시키기 위한 작동표이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 자동변속기의 파워 트레인은, 전진1속(D1)에서는 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)를, 전진2속(D2)에서는 제1클러치(C1)와 제2브레이크(B2)를, 전진3속(D3)에서는 제1클러치(C1)와 제3클러치(C3)를, 전진4속(D4)에서는 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)를, 전진5속(D5)에서는 제2클러치(C2)와 제3클러치(C3)를, 전진6속(D6)에서는 제2클러치(C2)와 제2브레이크(B2)를, 그리고 후진변속단(R)에서는 제3클러치(C3)와 제1브레이크(B1)를 작동시킴으로써 전진6속 및 후진1속의 변속단을 구현한다.

2개의 작동요소가 상호 고정 연결된 상기 제1유성기어세트(PG1)와 제3유성기어세트(PG3)는 그 고정연결관계에 의하여 하나의 복합유성기어세트(DPG)를 구성하는데, 상기 복합유성기어세트(DPG)는 총 6개의 회전요소중 2쌍의 회전요소가 고정 연결되어 있으므로 4개의 작동요소를 구비하게 되고, 이는 속도선도 상의 4개의 노드(node)(도 6의 N1 내지 N4)를 형성한다.

도 6은 본 발명의 실시예의 자동변속기의 파워 트레인의 노드(N1 내지 N6)를 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서 그 노드의 배열은 제1선기어(S1), 제1캐리어(PC1), 제1링기어(R1)의 순서로 배열되어 각각 제1,2,3노드(N1,N2,N3)를 형성한다. 상기 제1캐리어(PC1)에는 제3링기어(R3)가, 상기 제1링기어(R1)에는 제3캐리어(PC3)가 각각 고정 연결되므로, 상기 제3링기어(R3)는 제2노드(N2)에, 상기 제3캐리어(PC3)는 제3노드(N3)에 각각 대응된다.

제3선기어(S3)는 제4노드(N4)를 형성하되, 상기 제3유성기어세트(PG3)는 싱글피니언 유성기어세트이므로 상기 제4노드(N4)는 제3캐리어(PC3)로부터 제3링기어(R3) 반대측에 배치된다. 즉, 상기 제1,2,3,4노드(N1,N2,N3,N4)는 제1, 제2, 제3, 및 제4노드(N1,N2,N3,N4)의 순서로 배치된다. 따라서, 상기제1,3선기어(S1,S3)는 상기 제1,4노드(N1,N4)를 각각 형성함을 알 수 있다.

또한, 제1노드(N1)를 형성하는 제1선기어(S1)는 제1클러치(C1)를 개재하여 입력축에 연결되고, 제3노드(N3)를 형성하는 제1링기어(R1) 및 제3캐리어(PC3)는 제2클러치(C2)를 개재하여 입력축에 연결됨과 아울러 제1브레이크(B1)에 연결되며, 제2노드(N2)를 형성하는 제1캐리어(PC1)는 상시 출력요소로 작용함은 도 4 및 도 6을 참조로 자명하게 이해될 수 있다.

제2유성기어세트(PG2)의 제2링기어(R2)는 제3선기어(S3)에 고정 연결되어 있으므로 제4노드(N4)에 대응되고, 제2유성기어세트(PG2)의 타 작동요소 중 제2선기어(S2)는 입력축에 제3클러치(C3)를 개재하여 연결되어 제5노드(N5)를 형성하며, 제2캐리어(PC2)는 고정적으로 정지되어 제6노드(N6)를 형성한다.

도 6에 도시된 각 수치는, 각 유성기어세트의 기어비를 도 8a에 도시된 바와 같이 설정한 경우에 형성되는 각 노드 사이의 거리비를 나타낸 것이다.

따라서, 상기 도 5의 작동표에 따라 선택된 마찰요소를 작동시키게 되면, 상기 복합유성기어세트(DPG)의 4개의 노드(N1,N2,N3,N4)와 상기 제2유성기어세트(PG2)의 3개의 작동요소의 상호작용에 의해 설정된 변속비를 구현하게 된다.

이하 본 발명의 실시예의 자동변속기의 파워 트레인의 변속과정을 살펴본다.

도 7은 본 발명의 실시예의 자동변속기의 파워 트레인의 변속선도를 도시한 것으로서, 보다 구체적으로는 각 유성기어세트의 기어비가 도 8a에 도시된 바와 같이 설정된 경우의 변속선도를 도시한 것이다.

도 7에서 제1 내지 제4 노드(N1, N2, N3, N4)는 제1유성기어세트(PG1)와 제3유성기어세트(PG3)가 조합된 복합유성기어세트(DPG)의 각 노드를 나타내고 있으며, 제5노드(N5) 및 제6노드(N6)는 제2유성기어세트(PG2)의 기타 노드를 나타내고 있다.

상기 복합유성기어세트(DPG)의 작동선은 실선으로 도시하였으며, 상기 제2유성기어세트(PG2)의 작동선은 점선으로 도시하였다.

제1속에서는 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)가 작동되므로, 제1클러치(C1)에 연결된 제1선기어(S1) 즉 제1노드(N1)는 입력축과 동일한 속도로 회전하고, 제1브레이크(B1)에 연결된 제3노드(N3)는 정지한 상태가 된다. 따라서 상기 복합유성기어세트(DPG)의 각 작동요소 및 제2유성기어세트(PG2)의 각 작동요소의 회전속도는 D1의 실선 및 점선과 같은 속도선도에 의해 파악될 수 있다.

그런데, 입력요소는 제1선기어(S1), 반력요소는 제1링기어(R1), 출력요소는 제1캐리어(PC1)로 각각 설정되므로 제1유성기어세트(PG1)의 작용만에 의해 변속이 수행되게 되어, 제2유성기어세트(PG2) 및 제3유성기어세트(PG3)는 제1속에서 동력전달에 관여하지 않게 된다.

제2속에서는 제1클러치(C1)와 제2브레이크(B2)가 작동되므로, 제1속에 대비할 때 반력요소가 제4노드(N4)가 된다는 점이 차이가 있으며, 이에 따라 상기 복합유성기어세트(DPG) 및 제2유성기어세트(PG2)의 각 작동선은 D2의 실선 및 점선으로 나타난다.

이러한 제2속에서는, 입력요소, 출력요소 및 반력요소가 모두 상기 복합유성기어세트(DPG)의 작동요소에 포함되므로, 제2유성기어세트(PG2)는 동력전달에 관여하지 않게 되고, 따라서 동력전달에 관여하는 유성기어세트는 제1,3유성기어세트(PG1,PG3)이다.

제3속에서는 제1클러치(C1)와 제3클러치(C3)가 작동되게 되고, 따라서 제1노드(N1) 및 제5노드(N5)는 입력축과 동일한 속도로 회전하게 된다.

이러한 경우에는, 제3클러치(C3)를 통해 입력축에 연결된 제5노드(N5)는 입력축과 동일한 속도로 회전하고 제6노드(N6)는 항시 정지하고 있으므로 제2유성기어세트(PG2)의 변속선도는 D3의 점선과 동일하게 형성된다.

따라서, 제4노드(N4)의 회전속도는 상기 D3의 점선과 같이 형성된 변속선도에 의해 결정되고, 결과적으로 제3속에서의 상기 복합유성기어세트(DPG)의 변속선도는 D3의 실선과 같이 형성된다.

이러한 제3속에서는, 제2유성기어세트(PG2)는 제5노드(N5) 및 제6노드(N6)가 각각 입력 및 반력요소로 작용함으로써 제2유성기어세트(PG2)는 변속을 위한 부하를 부담한다. 또한, 제1노드(N1)를 이루는 제1선기어(S1) 그리고 제4노드(N4)를 이루는 제3선기어(S3)가 서로에 대한 입력 또는 반력으로 상호 작용하게 되므로, 제1,2,3유성기어세트(PG1,PG2,PG3) 모두가 변속에 이용되어 동력전달에 관여하게 된다.

제4속에서는 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)를 작동시키게 되는데, 이 경우에는 제1 및 제3 노드(N1, N3), 즉 제1유성기어세트(PG1)의 제1선기어(S1) 및 제1링기어(R1)를 입력축과 동일한 속도로 구동하게 되므로, 제1유성기어세트(PG1)는일체로 회전하게 되고, 이에 따라 제3유성기어세트(PG3) 또한 일체 구동되며, 따라서 상기 복합유성기어세트(DPG)의 변속선도는 D4의 실선과 같이 형성된다. 이 경우에 제2유성기어세트(PG2)의 변속선도는 제2캐리어(PC2)가 고정되어 있으므로 D4의 점선과 같이 제5노드(N5)가 입력축보다 빠른 속도로 회전하도록 형성된다.

이러한 제4속에서는 입력요소 및 반력요소를 포함하는 제1유성기어세트(PG1)가 일체로 회전하게 되므로 동력은 유성기어세트를 경유함이 없이 직접 출력되는 것으로 이해할 수 있다.

제5속에서는 제2클러치(C2) 및 제3클러치(C3)를 작동시키게 된다.

제3클러치(C3)를 작동시키므로 제2유성기어세트(PG2)의 변속선도는 제3속에서와 동일한 변속선도로 나타난다.

복합유성기어세트(DPG)에 관하여, 반력요소는 제4노드(N4)가 된다는 점 또한 제3속에서와 동일하나, 제1클러치(C1) 대신에 제2클러치(C2)가 작동하므로 입력요소는 제3노드(N3)가 된다. 따라서 상기 복합유성기어세트(DPG)의 변속선도는 D5의 실선과 같이 형성되는 것이다.

이러한 제5속에서, 제1유성기어세트(PG1)는 제1선기어(S1)에 아무런 부하가 작용하지 않으므로 동력전달에 관여하지 않으며, 입력은 제3캐리어(PC3)를 통해, 출력은 제1캐리어(PC1)에 연결된 제3링기어(R3)를 통해 이루어지고, 제2링기어(R2)와 연결된 제3선기어(S3)가 반력요소로 작용하게 되며, 상기 제3선기어(S3)가 반력요소로 작용할 수 있도록 제2유성기어세트(PG2)의 제2선기어(S2)로 토크가 입력되는 것이다. 따라서 이러한 제5속에서는 제2,3유성기어세트(PG2,PG3)가 동력전달에관여하게 된다.

제6속에서는 제2클러치(C2) 및 제2브레이크(B2)가 작동된다.

제2브레이크(B2)가 작동되므로 제2유성기어세트(PG2)의 변속선도는 제2속에서와 동일하게 형성된다. 또한 상기 제2브레이크(B2)에 의해 정지된 제4노드(N4)를 형성하는 제3선기어(S3)는 반력요소로 작용하고, 제2클러치(C2)가 작동하므로 제3캐리어(PC3)가 입력요소가 되며, 그 결과 제3유성기어세트(PG3)의 제3링기어(R3)가 출력요소가 되어 변속된 토크를 제1캐리어(PC1)를 통해 출력하게 된다.

따라서 이러한 제6속에서는 제3유성기어세트(PG3)만이 동력전달에 관여하게 된다.

후진의 경우에는 제3클러치(C3)와 제1브레이크(B1)가 작동되는데, 제3클러치(C3)가 작동되므로 제2유성기어세트(PG2)의 변속선도는 D3 및 D5의 점선과 동일하게 형성된다.

제1브레이크(B1)가 작동되므로 제3노드(N3)를 형성하는 제3캐리어(PC3)는 정지하여 반력요소로 작용하게 된다.

제5노드(N5)를 형성하는 제2선기어(S2)로 엔진 토크가 입력되므로 제2링기어(R2)가 강제 구동되는데, 그 결과 상기 제2링기어(R2)에 고정 연결된 제3선기어(S3)가 구동된다. 따라서 제3유성기어세트(PG3)에서 제3캐리어(PC3)가 반력요소, 제3선기어(S3)가 입력요소로 작용하여 제3링기어(R3)를 회전시키게 되고, 이 회전은 제1캐리어(PC1)를 통해 출력되게 된다.

따라서 후진 변속단에서도 동력전달에 관여하는 유성기어세트는 제2,3유성기어세트(PG2,PG3)가 된다.

도 8은 특정한 기어비에 관하여 본 발명의 실시예의 파워 트레인을 동작시킨 경우의 작동상태를 도표화한 그림이다.

특히, 도 8a는 본 발명의 실시예의 파워 트레인의 세부제원(즉, 각 유성기어세트의 기어비)를 표시한 것으로서, 상기 미국특허의 파워 트레인에서 제공되는 각 변속단의 변속비와 동등한 변속비가 구현되도록 설정되었고, 도 8b는 상기 도 8a의 세부제원에 의하여 본 발명의 실시예의 파워 트레인에서 제공되는 각 변속단의 변속비를 표시한 도표이며, 도 8c는 입력요소의 회전속도에 대비한 각 작동요소의 회전속도를 변속단별로 정리한 도표이며, 도 8d는 각 변속단별로 마찰요소의 슬립속도를 계산한 결과표이며, 도 8e는 각 작동요소 및 각 마찰요소에 걸리는 토크를 변속단별로 정리한 도표이고, 도 8f는 동력전달에 관여하여 부하를 담당하는 유성기어세트를 각 변속단 별로 정리한 것이다.

상기 도 8f는 위에서 설명한 본 발명의 파워 트레인의 작동에 관한 설명으로부터 자명하게 이해될 수 있을 것이며, 도 8c 내지 도 8e의 각 수치는 본 발명의 실시예의 파워 트레인 구성 및 작동표로부터 당업자가 용이하게 계산할 수 있는 것이다.

본 발명의 실시예의 파워 트레인에서는, 추월가속시에 자주 사용되는 제3속에서 입력축보다 빠르게 회전하는 요소가 없으며(도 8c 참조), 따라서 비작동 마찰요소의 슬립속도 또한 입력축 회전속도보다 작다는 사실을 알 수 있다(도 8d 참조).

또한, 도 8d 및 도 3d를 비교하면, 본 발명의 실시에의 파워 트레인은 상기 미국특허의 파워 트레인에 비하여, 전진 제2속 내지 제6속에 걸쳐 전반적으로 마찰요소의 슬립속도가 작다는 것을 알 수 있다.

또한, 도 8f 및 3f를 비교하면, 본 발명의 실시예의 파워 트레인은 다수의 변속단에서, 변속을 위한 동력전달에 관여하는 유성기어세트의 수가 적다는 것을 알 수 있으며, 따라서 보다 높은 동력전달효율을 제공한다는 것을 알 수 있다.

이상으로 본 발명의 자동변속기의 파워 트레인에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

본 발명에 의하면, 3개의 유성기어세트를 사용하되 가볍고 컴팩트한 자동변속기를 제공할 수 있도록 적은 개수의 마찰요소로 전진6속의 변속단을 구현하고 있으며, 가속시에 자주 사용되는 저속 변속단에서 작동요소의 회전속도를 낮춤으로써 내구성을 증가시키고, 마찰요소의 슬립속도를 저하시킴으로써 내구성을 증가시킴과 아울러 동력손실을 줄이며, 동력전달 경로를 단순화함으로써 내구성을 증가시킴과 아울러 동력손실을 줄인다.

또한, 상기 3개의 유성기어세트 중 2개를 조합하여 4개의 노드를 구비한 복합유성기어세트(DPG)를 형성함에 있어서, 캐리어와 링기어를 상호 조합하여 복수개의 작동요소가 형성하는 노드를 제2,3노드로 형성함으로써 회전요소의 불필요한 회전을 줄인다.

특히, 상기 복합유성기어세트(DPG)를 형성하는 유성기어세트는 모두 싱글피니언 유성기어세트로 함으로써 동력손실을 줄이며, 상기 제2유성기어세트(PG2)의 고정적으로 정지된 작동요소는 캐리어로 함으로써 회전요소의 회전관성을 줄인다.

출력요소를 보유하는 상기 복합유성기어세트(DPG)를 제2유성기어세트(PG2)보다 입력축쪽에 배치시킴으로써 전륜구동차량에 용이하게 탑재할 수 있으며, 특히 출력축에 직접 연결되는 유성기어세트를 입력축 쪽에 배치함으로써 전륜구동 차량에서 좌우 드라이브 샤프트의 길이의 편차를 줄일 수 있고, 그 결과 토크 스티어(torque steer)를 줄일 수 있다.

Claims (6)

1. 제1선기어와 제1캐리어 그리고 제1링기어를 포함하는 제1유성기어세트, 제2선기어와 제2캐리어 그리고 제2링기어를 포함하는 더블 피니언 유성기어세트인 제2유성기어세트, 및 제3선기어와 제3캐리어 그리고 제3링기어를 포함하는 제3유성기어세트를 포함하여 구성되며;

   상기 제1,3유성기어세트가 조합되어 복합유성기어세트를 형성하되, 상기 복합유성기어세트는 제1,3캐리어 및 제1,3링기어 중 어느 두개가 다른 두 개와 상호 고정 결합함으로써 변속선도 상에서 순차적으로 제1,2,3,4노드를 형성함과 아울러, 상기 제1,3선기어가 상기 제1,4노드로 각각 형성되고;

   상기 제1 및 제3 노드의 작동요소는 각각 제1 및 제2클러치를 개재하여 입력축에 연결되고;

   상기 제3노드의 작동요소 및 상기 제3선기어에는 그 회전을 가변적으로 정지시키는 제1 및 제2브레이크가 각각 연결되며;

   제2노드의 작동요소는 항시 출력요소로 작용하고;

   제2유성기어세트의 상기 제2링기어는 상기 제3선기어에 고정 연결되며, 제2유성기어세트의 타 작동요소 중 어느 하나는 고정적으로 정지되고, 다른 하나는 입력축에 제3클러치를 개재하여 연결된 것을 특징으로 하는 자동변속기의 파워 트레인.
2. 제1항에서,

   상기 제1,3 유성기어세트는 싱글피니언 유성기어세트이며,

   상기 복합유성기어세트는 제1캐리어와 제3링기어, 제1링기어와 제3캐리어가 각각 고정 연결되어 형성됨으로써, 제2노드에는 상호 고정 연결된 제1캐리어와 제3링기어가, 제3노드에는 상호 고정 연결된 제1링기어와 제3캐리어가 각각 대응되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 파워 트레인.
3. 제1항에서,

   상기 제2유성기어세트의 작동요소 중 고정적으로 정지된 작동요소는 제2캐리어인 것을 특징으로 하는 자동변속기의 파워 트레인.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

   상기 복합유성기어세트는 입력축과 상기 제2유성기어세트 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 파워 트레인.
5. 제4항에서,

   상기 복합유성기어세트를 구성하는 제1,3유성기어세트는 입력축으로부터 제1유성기어세트, 제3유성기어세트의 순으로 배치된 것을 특징으로 하는 자동변속기의 파워 트레인.
6. 제1선기어와 제1캐리어 그리고 제1링기어를 포함하는 싱글피니언 유성기어세트인 제1유성기어세트, 제2선기어와 제2캐리어 그리고 제2링기어를 포함하는 더블 피니언 유성기어세트인 제2유성기어세트, 및 제3선기어와 제3캐리어 그리고 제3링기어를 포함하는 싱글피니언 유성기어세트인 제3유성기어세트를 포함하여, 입력축으로부터 제1,3,2유성기어세트의 순으로 배치되고,

   상기 제1캐리어와 제3링기어, 제1링기어와 제3캐리어, 제3선기어와 제2링기어가 각각 상호 고정 연결되고,

   제1선기어, 제3캐리어 및 제2선기어는 각각 제1,2,3클러치를 개재하여 입력축에 가변 연결되고,

   상기 고정 연결된 제1링기어와 제3캐리어에 제1브레이크가, 상기 고정 연결된 제3선기어와 제2링기어에 제2브레이크가 개재되며,

   제2캐리어는 항시 고정되고, 제1캐리어가 항시 출력요소로 작용하는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 파워 트레인.