KR100610797B1 - 자동변속기의 6속 파워 트레인 - Google Patents

Abstract

제1선기어, 제1링기어, 제1유성 캐리어를 작동요소들로 구비하는 제1유성기어세트, 제2선기어, 제2링기어, 제2유성 캐리어를 작동요소들로 구비하는 제2유성기어세트, 제3선기어, 제3링기어, 제3유성 캐리어를 작동요소들로 구비하는 제3유성기어세트, 제4선기어, 제4링기어, 제4유성 캐리어를 작동요소들로 구비하는 제4유성기어세트, 입력축, 출력기어, 그리고 변속기 케이스를 포함하되,

상기 제1링기어는 상기 제3유성 캐리어에 고정 연결됨과 아울러 상기 제4링기어에 고정 연결되고,

상기 제1유성 캐리어는 상기 제4유성 캐리어에 고정 연결되고,

상기 제1선기어는 상기 제2선기어에 고정 연결되고,

상기 제2유성 캐리어는 상기 제3링기어에 고정 연결되고,

상기 제3선기어는 상기 입력축에 고정 연결됨으로써 항시 입력요소로 작용하고,

상기 제3유성 캐리어는 상기 출력기어에 고정 연결됨으로써 항시 출력요소로 작용하고,

상기 제4선기어는 제1클러치를 개재하여 상기 입력축에 가변 연결되고,

고정 연결된 상기 제1유성 캐리어와 상기 제4유성 캐리어 중 하나 이상은 제2클러치를 개재하여 상기 입력축에 가변 연결되고,

고정 연결된 상기 제1유성 캐리어와 상기 제4유성 캐리어 중 하나 이상은 제 1브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스(transmission case)에 연결됨으로써 가변 정지되고,

상기 제2선기어는 제2브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 연결됨으로써 가변 정지되고,

상기 제2링기어는 제3브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 연결됨으로써 가변 고정되는 것을 특징으로 하는 구성에 의하여, 내구성 및 동력전달효율이 향상된다.

자동변속기, 6속, 파워 트레인, 복합유성기어세트

Description

자동변속기의 6속 파워 트레인{A SIX-SPEED POWERTRAIN OF AN AUTOMATIC TRANSMISSION}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 구성도이다.

도 4는 본 발명의 제4실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 구성도이다.

도 5는 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인을 작동시키기 위한 작동표이다.

도 6은 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 작동노드들(N1 내지 N6)을 도시하는 레버선도로서, 상기 제1유성기어세트(PG1)의 링기어/선기어 기어비(ring gear/sun gear tooth ratio)가 상기 제4유성기어세트(PG4)의 링기어/선기어 기어비와 동일한 경우에 관한 레버선도이다.

도 7은 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 제1속에 서의 속도선도를 도시한 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 제2속에서의 속도선도를 도시한 도면이다.

도 9는 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 제3속에서의 속도선도를 도시한 도면이다.

도 10은 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 제4속에서의 속도선도를 도시한 도면이다.

도 11은 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 제5속에서의 속도선도를 도시한 도면이다.

도 12는 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 제6속에서의 속도선도를 도시한 도면이다.

도 13은 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 후진변속단에서의 속도선도를 도시한 도면이다.

도 14A 내지 도 14F는 특정한 기어비에 관하여 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인을 작동시킨 경우의 작동상태를 도표화한 그림이다.

도 15는 종래기술에 의한 6속 파워 트레인의 일예를 도시한 도면이다.

도 16은 도 15에 의한 6속 파워 트레인을 작동시키기 위한 작동표이다.

도 17A 내지 도 17F는 상기 도 16의 작동표에 따라 상기 도 15의 파워 트레인을 동작시킨 경우의 작동상태를 도표화한 그림이다.

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 토크 컨버터로부터 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 가 지게 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 15는 상기 미국특허(제6,071,208호)의 파워 트레인을 도시한 도면이며, 그 작동표는 도 16에 도시되어 있다.

도 15를 참조로 상기 미국특허의 6속 파워 트레인 구조를 살펴보면, 1개의 더블 피니언 유성기어세트(PG1)와 2개의 싱글 피니언 유성기어세트(PG2, PG3)를 조합하되, 입력축(2)에는 제1유성 캐리어(4)가 고정 연결되고, 제2유성 캐리어(22)가 항시 출력요소로 작용한다.

작동요소간의 연결관계로는, 제1링기어(6)와 제3링기어(8), 제2선기어(12)와 제3선기어(10), 및 제2링기어(16)와 제3유성 캐리어(14)가 각각 고정 연결된다. 한편, 상기 제1유성 캐리어(4)는 제1선기어(18) 및 제3유성 캐리어(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 제3유성 캐리어(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 총 6개의 마찰요소를 사용하고 있는 바, 더 작은 수의 마찰요소로도 전진6속 및 후진1속을 구현하는 파워 트레인을 구현함으로써, 더욱 가볍고 컴팩트한 자동변속기를 제공할 필요성이 있다.

도 13은 상기 미국특허(제6,071,208호)의 파워 트레인의 작동표를 도시한 도면이고, 도 17A 내지 도 17F는 상기 도 16의 작동표에 따라 상기 미국특허의 파워 트레인을 동작시킨 경우의 작동상태를 도표화한 그림이다.

특히 도 17A는 상기 미국특허의 파워 트레인의 세부제원(즉, 각 유성기어세트의 기어비)을 표시한 것이고, 도 17B는 상기 도 17A의 세부제원에 의하여 상기 미국특허의 파워 트레인에서 제공되는 각 변속단의 변속비를 표시한 도표이며, 도 17C는 입력요소의 회전속도에 대비한 각 작동요소의 회전속도를 변속단별로 정리한 도표이며, 도 17D는 각 변속단별로 마찰요소의 슬립속도를 계산한 결과표이며, 도 17E는 각 작동요소 및 각 마찰요소에 걸리는 토크를 변속단별로 정리한 도표이고, 도 17F는 동력전달에 관여하여 부하를 담당하는 유성기어세트를 각 변속단별로 정리한 것이다.

도 13에 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 17A에 도시된 각 유성기어세트의 기어비에 따라 구성되어 상기 도 17B에 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 17C 참조)은 물론, 비작동 마찰요소인 제4브레이크(B4) 또한 같은 속도로 슬립이 발생하게 된다(도 17D 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 17D를 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 17F를 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.

이와 같이, 현재 제안되고 있는 6속 파워 트레인은 많은 개선점을 내포하고 있으며, 본 발명은 목적은 작은 개수의 마찰요소만으로도 안정된 내구성을 제공할 수 있는 6속 파워 트레인을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 일예의 자동변속기의 6속 파워 트레인은,

제1선기어, 제1링기어, 제1유성 캐리어를 작동요소들로 구비하는 제1유성기어세트, 제2선기어, 제2링기어, 제2유성 캐리어를 작동요소들로 구비하는 제2유성기어세트, 제3선기어, 제3링기어, 제3유성 캐리어를 작동요소들로 구비하는 제3유성기어세트, 제4선기어, 제4링기어, 제4유성 캐리어를 작동요소들로 구비하는 제4유성기어세트, 입력축, 출력기어, 그리고 변속기 케이스를 포함하되,

상기 제1링기어는 상기 제3유성 캐리어에 고정 연결됨과 아울러 상기 제4링기어에 고정 연결되고,

상기 제1유성 캐리어는 상기 제4유성 캐리어에 고정 연결되고,

상기 제1선기어는 상기 제2선기어에 고정 연결되고,

상기 제2유성 캐리어는 상기 제3링기어에 고정 연결되고,

상기 제3선기어는 상기 입력축에 고정 연결됨으로써 항시 입력요소로 작용하고,

상기 제3유성 캐리어는 상기 출력기어에 고정 연결됨으로써 항시 출력요소로 작용하고,

상기 제4선기어는 제1클러치를 개재하여 상기 입력축에 가변 연결되고,

고정 연결된 상기 제1유성 캐리어와 상기 제4유성 캐리어 중 하나 이상은 제2클러치를 개재하여 상기 입력축에 가변 연결되고,

고정 연결된 상기 제1유성 캐리어와 상기 제4유성 캐리어 중 하나 이상은 제1브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스(transmission case)에 연결됨으로써 가변 정지되고,

상기 제2선기어는 제2브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 연결됨으로써 가변 정지되고,

상기 제2링기어는 제3브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 연결됨으로써 가변 고정되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1,2,3,4유성기어세트들은, 상기 제2유성기어세트, 상기 제1유성기어세트, 상기 제4유성기어세트, 및 상기 제3유성기어세트의 순서(sequence)로 배치되는 것으로 할 수 있다.

상기 제1유성기어세트의 제1링기어와 상기 제4유성기어세트의 제4링기어는 일체로 형성되고,

상기 제1유성기어세트의 제1유성 캐리어와 상기 제4유성기어세트의 제4유성 캐리어는 일체로 형성됨으로써,

상기 제1유성기어세트 및 상기 제4유성기어세트는 하나의 복합유성기어세트(compound planetary gearset)를 형성하는 것으로 할 수 있다.

이러한 본 발명에 의한 일예의 자동변속기의 6속 파워 트레인에서, 입력축, 출력기어, 그리고 제1,2,3클러치의 배치는 다양하게 변형될 수 있다.

첫 번째 예로는, 상기 입력축은, 상기 제3유성기어세트에 대하여 상기 출력기어와 같은 쪽에 배치되고;

상기 제1,2클러치들 중 어느 하나는 상기 제3유성기어세트의 상기 입력축 쪽에 배치되고;

상기 제1,2클러치들 중 다른 하나는 상기 제2유성기어세트의 상기 입력축으로부터 먼 쪽에 배치되는 것으로 할 수 있다.

이 때, 상기 제1클러치는 상기 제3유성기어세트의 상기 입력축 쪽에 배치되고; 상기 제2클러치는 상기 제2유성기어세트의 상기 입력축으로부터 먼 쪽에 배치되는 것이 바람직하다.

두 번째 예로는, 상기 입력축은, 상기 제3유성기어세트에 대하여 상기 출력기어와 같은 쪽에 배치되고;

상기 제1,2클러치들 모두는 상기 제3유성기어세트의 상기 입력축 쪽에 배치되는 것으로 할 수 있다.

이 때, 상기 제1,2클러치들은, 상기 제3유성기어세트로부터 상기 입력축 방향으로 제1클러치 그리고 제2클러치의 순서로 배치되는 것으로 할 수 있다.

또는, 상기 제1,2클러치들은, 상기 제3유성기어세트로부터 상기 입력축 방향으로 제2클러치 그리고 제1클러치의 순서로 배치되는 것으로 할 수 있다.

세 번째 예로는, 상기 입력축은, 상기 제2유성기어세트에 대하여 상기 출력기어와는 반대쪽에 배치되고;

상기 제1,2클러치들 모두는 상기 제2유성기어세트의 상기 입력축 쪽에 배치되는 것으로 할 수 있다.

이 때, 상기 제1,2클러치는, 상기 제2유성기어세트로부터 상기 입력축 방향으로 제1클러치 그리고 제2클러치의 순서로 배치되는 것으로 할 수 있다.

이러한 본 발명에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서, 상기 제1브레이크와 병렬로 배치되는 원웨이 클러치(one way clutch)를 더 포함하는 것으로 할 수 있다.

또한, 이러한 본 발명에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서, 상기 제1,2브레이크는, 습식 다판식 브레이크 또는 밴드 브레이크로 구현될 수 있다.

보다 넓은 의미에서, 본 발명에 의한 다른 예의 자동변속기의 6속 파워 트레인은,

레버선도(lever diagram)상 순차적인 작동노드들(operating nodes)을 형성하는 제1,2,3작동요소(operating element)를 구비하는 제1유성기어세트(planetary gearset), 레버선도상 순차적인 작동노드들을 형성하는 제4,5,6작동요소를 구비하는 제2유성기어세트, 레버선도상 순차적인 작동노드들을 형성하는 제7,8,9작동요소를 구비하는 제3유성기어세트, 레버선도상 순차적인 작동노드들을 형성하는 제10,11,12작동요소를 구비하는 제4유성기어세트, 입력축, 출력기어, 그리고 변속기 케이스를 포함하되,

상기 제1작동요소는 상기 제8작동요소에 고정 연결됨과 아울러 상기 제10작동요소에 고정 연결되고,

상기 제2작동요소는 상기 제11작동요소에 고정 연결되고,

상기 제3작동요소는 상기 제6작동요소에 고정 연결되고,

상기 제5작동요소는 상기 제9작동요소에 고정 연결되고,

상기 제7작동요소는 상기 입력축에 고정 연결됨으로써 항시 입력요소로 작용하고,

상기 제8작동요소는 상기 출력기어에 고정 연결됨으로써 항시 출력요소로 작용하고,

상기 제12작동요소는 제1클러치를 개재하여 상기 입력축에 가변 연결되고,

고정 연결된 상기 제2작동요소와 상기 제11작동요소 중 하나 이상은 제2클러치를 개재하여 상기 입력축에 가변 연결되고,

고정 연결된 상기 제2작동요소와 상기 제11작동요소 중 하나 이상은 제1브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스(transmission case)에 연결됨으로써 가변 정지되고,

상기 제6작동요소는 제2브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 연결됨으로써 가변 정지되고

상기 제4작동요소는 제3브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 연결됨으로써 가변 정지되는 것으로 할 수 있다.

상기 제1,2,3,4유성기어세트들은, 상기 제2유성기어세트, 상기 제1유성기어세트, 상기 제4유성기어세트, 및 상기 제3유성기어세트의 순서(sequence)로 배치되는 것으로 할 수 있다.

상기 제1유성기어세트의 제1작동요소와 상기 제4유성기어세트의 제10작동요소는 일체로 형성되고,

상기 제1유성기어세트의 제2작동요소와 상기 제4유성기어세트의 제11작동요소는 일체로 형성됨으로써,

상기 제1유성기어세트 및 상기 제4유성기어세트는 하나의 복합유성기어세트(compound planetary gearset)를 형성하는 것으로 할 수 있다.

이러한 본 발명에 의한 일예의 자동변속기의 6속 파워 트레인에서, 입력축, 출력기어, 그리고 제1,2,3클러치의 배치는 다양하게 변형될 수 있다.

첫 번째 예로는, 상기 입력축은, 상기 제3유성기어세트에 대하여 상기 출력기어와 같은 쪽에 배치되고;

상기 제1,2클러치들 중 어느 하나는 상기 제3유성기어세트의 상기 입력축 쪽에 배치되고;

상기 제1,2클러치들 중 다른 하나는 상기 제2유성기어세트의 상기 입력축으로부터 먼 쪽에 배치되는 것으로 할 수 있다.

이 때, 상기 제1클러치는 상기 제3유성기어세트의 상기 입력축 쪽에 배치되고; 상기 제2클러치는 상기 제2유성기어세트의 상기 입력축으로부터 먼 쪽에 배치되는 것이 바람직하다.

두 번째 예로는, 상기 입력축은, 상기 제3유성기어세트에 대하여 상기 출력기어와 같은 쪽에 배치되고;

상기 제1,2클러치들 모두는 상기 제3유성기어세트의 상기 입력축 쪽에 배치 되는 것으로 할 수 있다.

이 때, 상기 제1,2클러치들은, 상기 제3유성기어세트로부터 상기 입력축 방향으로 제1클러치 그리고 제2클러치의 순서로 배치되는 것으로 할 수 있다.

또는, 상기 제1,2클러치들은, 상기 제3유성기어세트로부터 상기 입력축 방향으로 제2클러치 그리고 제1클러치의 순서로 배치되는 것으로 할 수 있다.

세 번째 예로는, 상기 입력축은, 상기 제2유성기어세트에 대하여 상기 출력기어와는 반대쪽에 배치되고;

상기 제1,2클러치들 모두는 상기 제2유성기어세트의 상기 입력축 쪽에 배치되는 것으로 할 수 있다.

이 때, 상기 제1,2클러치는, 상기 제2유성기어세트로부터 상기 입력축 방향으로 제1클러치 그리고 제2클러치의 순서로 배치되는 것으로 할 수 있다.

이러한 본 발명에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서, 상기 제1브레이크와 병렬로 배치되는 원웨이 클러치(one way clutch)를 더 포함하는 것으로 할 수 있다.

또한, 이러한 본 발명에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서, 상기 제1,2브레이크는, 습식 다판식 브레이크 또는 밴드 브레이크로 구현될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 구성도 이고, 도 4는 본 발명의 제4실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 구성도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인은, 제1,2,3,4유성기어세트(PG1,PG2,PG3,PG3)의 4개의 유성기어세트를 포함한다

상기 제1유성기어세트(PG1)는 싱글피니언 유성기어세트로서, 제1선기어(S1), 제1유성 캐리어(PC1), 그리고 제1링기어(R1)를 그 작동요소로 포함하고 있다. 상기 제1유성 캐리어(PC1)에는, 제1링기어(R1)와 제1선기어(S1)에 기어 결합하는 제1피니언기어(P1)가 연결되어 있다.

상기 제2유성기어세트(PG2)는 싱글피니언 유성기어세트로서, 제2선기어(S2), 제2유성 캐리어(PC2), 그리고 제2링기어(R2)를 그 작동요소로 포함하고 있다. 상기 제2유성 캐리어(PC2)에는, 제2링기어(R2)와 제2선기어(S2)에 기어 결합하는 제2피니언기어(P2)가 연결되어 있다.

상기 제3유성기어세트(PG3)는 싱글피니언 유성기어세트로서, 제3선기어(S3), 제3유성 캐리어(PC3), 그리고 제3링기어(R3)를 그 작동요소로 포함하고 있다. 상기 제3유성 캐리어(PC3)에는, 제3링기어(R3)와 제3선기어(S3)에 기어 결합하는 제3피니언기어(P3)가 연결되어 있다.

상기 제4유성기어세트(PG4)는 싱글피니언 유성기어세트로서, 제4선기어(S4), 제4유성 캐리어(PC4), 그리고 제4링기어(R4)를 그 작동요소로 포함하고 있다. 상기 제4유성 캐리어(PC4)에는, 제4링기어(R4)와 제4선기어(S4)에 기어 결합하는 제4피 니언기어(P4)가 연결되어 있다.

또한, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인은, 엔진(도시하지 않음)으로부터 동력을 전달받는 입력축(100), 파워 트레인으로부터 동력을 출력하는 출력기어(200), 그리고 변속기 케이스(300)를 구비하고 있다.

상기 제1링기어(R1)는 상기 제3유성 캐리어(PC3)에 고정 연결됨과 아울러 상기 제4링기어(R4)에 고정 연결된다.

상기 제1유성 캐리어(PC1)는 상기 제4유성 캐리어(PC4)에 고정 연결된다.

상기 제1선기어(S1)는 상기 제2선기어(S2)에 고정 연결된다.

상기 제2유성 캐리어(PC2)는 상기 제3링기어(R3)에 고정 연결된다.

상기 제3선기어(S3)는 상기 입력축(100)에 고정 연결됨으로써 항시 입력요소로 작용한다.

상기 제3유성 캐리어(PC3)는 상기 출력기어(200)에 고정 연결됨으로써 항시 출력요소로 작용한다.

상기 제4선기어(S4)는 제1클러치(C1)를 개재하여 상기 입력축(100)에 가변 연결된다.

고정 연결된 상기 제1유성 캐리어(PC1)와 상기 제4유성 캐리어(PC4) 중 하나 이상은 제2클러치(C2)를 개재하여 상기 입력축(100)에 가변 연결된다.

고정 연결된 상기 제1유성 캐리어(PC1)와 상기 제4유성 캐리어(PC4) 중 하나 이상은 제1브레이크(B1)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 연결됨으로써 가변 정지된다.

상기 제2선기어(S2)는 제2브레이크(B2)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 연결됨으로써 가변 정지된다.

상기 제2링기어(R2)는 제3브레이크(B3)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 연결됨으로써 가변 정지된다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 파워 트레인에서, 상기 제1,2,3,4유성기어세트들(PG1,PG2,PG3,PG4)은, 상기 제2유성기어세트(PG2), 상기 제1유성기어세트(PG1), 상기 제4유성기어세트(PG4), 및 상기 제3유성기어세트(PG3)의 순서(sequence)로 배치된다.
이러한 제1,2,3,4유성기어세트들(PG1,PG2,PG3,PG4) 간의 배치관계는 전술한 바 대로 제2,1,4,3유성기어세트들(PG2,PG1,PG4,PG3)의 순서로 배치되나, 이들 전체 유성기어세트의 배치 방향은 본 발명에서 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명의 제1,2,3실시예(도 1, 도 2, 및 도 3 각각 참조)에서는, 상기 제1,2,3,4유성기어세트들(PG1,PG2,PG3,PG4)은 입력축(100)의 반대쪽으로부터 제2,1,4,3유성기어세트들(PG2,PG1,PG4,PG3)의 순서로 배치되며, 본 발명의 제4실시예(도 4 참조)에서는, 상기 제1,2,3,4유성기어세트들(PG1,PG2,PG3,PG4)은 입력축(100)으로부터 제2,1,4,3유성기어세트들(PG2,PG1,PG4,PG3)의 순서로 배치될 수 있다.

상기 제2유성기어세트(PG2)와 상기 제3유성기어세트(PG3)의 사이에서 서로 인접하게 배치된 제1유성기어세트(PG1) 및 제4유성기어세트(PG4)에 관해, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1유성기어세트(PG1)의 제1링기어(R1)와 상기 제4유성기어세트(PG4)의 제4링기어(R4)는 일체로 형성된다. 즉, 하나의 공유링기어(common ring gear)(CR)가 제1,4유성기어세트(PG1,PG4)의 공통된 링기어로 작용하게 되는 것이다.

또한, 상기 제1유성기어세트(PG1)의 제1유성 캐리어(PC1)와 상기 제4유성기어세트(PG4)의 제4유성 캐리어(PC4)는 일체로 형성된다. 즉, 하나의 공유된 캐리어(common pinion carrier)(CPC)가 상기 제1,4유성기어세트(PG1,PG4)의 공통된 캐리어로 작동하게 되는 것이다. 즉, 제1유성기어세트(PG1)의 제1피니언기어(P1)와 제4유성기어세트(PG4)의 제4피니언기어(P4)는 하나의 공유된 캐리어(CPC)에 의해 서로 연결되어 동작하게 되는 것이다.

따라서, 상기 제1유성기어세트(PG1) 및 상기 제4유성기어세트(PG4)는 하나의 복합유성기어세트(compound planetary gearset)(CPG)를 형성하는 것으로 이해될 수 있다.

이러한 복합유성기어세트(CPG)에 관해, 이하의 설명에서는, 상기 제1유성기어세트(PG1)의 링기어/선기어 기어비(ring gear/sun gear tooth ratio)가 상기 제4유성기어세트(PG4)의 링기어/선기어 기어비와 동일한 것으로 가정하여 설명하기로 한다.

그러나, 이는 본 발명의 기술적 사상의 설명과 이해의 편의를 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위가 여기에 한정된 것으로 해석되어서는 안된다. 상기 제1유성기어세트(PG1)의 링기어/선기어 기어비가 상기 제4유성기어세트(PG4)의 링기어/선기어 기어비와 다르게 설정하는 것이 가능하고, 이러한 경우에 관해서는, 이하의 설명으로부터 당업자가 자명하게 이해할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서는, 상기 입력축(100)은 상기 제3유성기어세트(PG3)에 대하여 상기 출력기어(200)과 같은 쪽에 배치된다.

그리고, 상기 제1,2클러치들(C1,C2) 중 어느 하나는 상기 제3유성기어세트(PG3)의 상기 입력축(100) 쪽에 배치되고, 상기 제1,2클러치들(C1,C2) 중 다른 하나는 상기 제2유성기어세트(PG2)의 상기 입력축(100)으로부터 먼 쪽에 배치된다.

보다 구체적으로, 상기 제1클러치(C1)는 상기 제3유성기어세트(PG3)의 상기 입력축(100) 쪽에 배치되고, 상기 제2클러치(C2)는 상기 제2유성기어세트(PG2)의 상기 입력축(100)으로부터 먼 쪽에 배치되는 것이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서는, 상기 입력축(100)은 상기 제3유성기어세트(PG3)에 대하여 상기 출력기어(200)과 같은 쪽에 배치되고, 상기 제1,2클러치들(C1,C2) 모두는 상기 제3유성기어세트(PG3)의 상기 입력축(100) 쪽에 배치된다.

다만, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서 상기 제1,2클러치들(C1,C2)은, 상기 제3유성기어세트(PG3)로부터 상기 입력축(100) 방향으로 제1클러치(C1) 그리고 제2클러치(C2)의 순서로 배치된다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서 상기 제1,2클러치들(C1,C2)은, 상기 제3유성기어세트(PG3)로부터 상기 입력축(100) 방향으로 제2클러치(C2) 그리고 제1클러치(C1)의 순서로 배치된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서는, 상기 입력축(100)은 상기 제2유성기어세트(PG2)에 대하여 상기 출력기어(200)과는 반대쪽에 배치되고, 그리고 상기 제1,2클러치들(C1,C2) 모두는 상기 제2유성기어세트(PG2)의 상기 입력축(100) 쪽에 배치된다.

보다 구체적으로, 본 발명의 제4실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서 상기 제1,2클러치들(C1,C2)은, 상기 제2유성기어세트(PG2)로부터 상기 입력 축(100) 방향으로 제1클러치(C1) 그리고 제2클러치(C2)의 순서로 배치된다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인은, 상기 제1브레이크(B1)에 병렬로 배치되는 원웨이 클러치(one way clutch)(OWC)를 더 포함한다.

이러한 원웨이 클러치(OWC)에 의하여, 제1브레이크(B1)를 작동하지 않고 제3브레이크(B3)만을 작동함으로써 제1속이 구현될 수 있다.

본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서, 상기 제1,2브레이크(B1,B2) 각각은 습식 다판식 브레이크 또는 밴드 브레이크로 구현될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 작동을 상세히 설명한다. 이하의 설명은 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 공통적으로 적용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인을 작동시키기 위한 작동표이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인은, 전진1속(D1)에서는 상기 제1브레이크(B1) 및 상기 제3브레이크(B3)를, 전진2속(D2)에서는 상기 제2브레이크(B2) 및 상기 제3브레이크(B3)를, 전진3속(D3)에서는 상기 제1클러치(C1) 및 상기 제3브레이크(B3)를, 전진4속(D4)에서는 상기 제2클러치(C2) 및 상기 제3브레이크(B3)를, 전진5속(D5)에서는 상기 제1클러치(C1) 및 상기 제2클러치(C2)를, 그리고 전진6속(D6)에서는 상기 제2클러치(C2) 및 상기 제2브레이크(B2)를 각각 작동시킨다.

그리고 후진변속단(R)에서는 상기 제1클러치(C1) 및 상기 제1브레이크(B1)를 작동시킨다.

도 5에서 표시된 각 변속단의 변속비들은, 제1,2,3,4유성기어세트들(PG1,PG2,PG3,PG4)의 링기어/선기어 기어비가 도 14A와 같을 경우에 얻어지는 값들을 도시하고 있다. 다만, 제1,2,3,4유성기어세트들(PG1,PG2,PG3,PG4)의 링기어/선기어 기어비가 도 14A와는 다른 경우라도, 본 발명의 상세한 설명으로부터 그 링기어/선기어 기어비에 관한 각 변속단의 변속비들을 당업자는 자명하게 계산할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인의 작동노드들(N1 내지 N6)을 도시하는 레버선도로서, 상기 제1유성기어세트(PG1)의 링기어/선기어 기어비(ring gear/sun gear tooth ratio)가 상기 제4유성기어세트(PG4)의 링기어/선기어 기어비와 동일한 경우의 레버선도이다.

그러므로 상기 제4유성기어세트(PG4)의 작동요소는 상기 제1유성기어세트(PG1)의 작동요소와 같은 회전특정을 나타내므로, 상기 제1유성기어세트(PG1)의 작동요소로 대표하여 간략히 나타낼 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1유성기어세트(PG1)의 제1링기어(R1), 제1유성 캐리어(PC1), 그리고 제1선기어(S1)는, 레버선도 상에서 순차적인 세 작동노드들(N2,N4,N6)을 형성한다.

제2유성기어세트(PG2)의 제2링기어(R2), 제2유성 캐리어(PC2), 그리고 제2선 기어(S2)는, 레버선도 상에서 순차적인 세 작동노드들(N3,N5,N6)을 형성한다.

제3유성기어세트(PG3)의 제3선기어(S3), 제3유성 캐리어(PC3), 그리고 제3링기어(R3)는, 레버선도 상에서 순차적인 세 작동노드들(N1,N2,N5)을 형성한다.

제4유성기어세트(PG4)의 제4링기어(R4), 제4유성 캐리어(PC4), 그리고 제4선기어(S4)는, 레버선도 상에서 순차적인 세 작동노드들(N2,N4,N6)을 형성한다.

전술한 바와 같이, 입력축(100)은 제1,2클러치들(C1,C2)을 개재하여 제4선기어(S4) 그리고 제1유성 캐리어(PC1)(또는, 제4유성 캐리어)에 각각 가변 연결된다. 따라서, 입력축(100)을 통해 입력되는 엔진 회전속도는, 제1,2클러치들(C1,C2)의 작동에 의하여, 제6노드(N6) 그리고 제4노드(N4)에 각각 전달되는 것이다.

그리고 제1유성 캐리어(PC1)(또는, 제4유성 캐리어)는 제1브레이크(B1) 및 원웨이 클러치(OWC)를 병렬로 개재하여 변속기 케이스(300)에 가변 연결된다. 따라서, 제1유성 캐리어(PC1)와 제4유성 캐리어(PC4)가 형성하는 제4노드(N4)는 제1브레이크(B1) 및/또는 원웨이 클러치(OWC)에 의하여 가변 정지된다.

그리고 제2선기어(S2)는 제2브레이크(B2)를 개재하여 변속기 케이스(300)에 가변 연결된다. 따라서 제6노드(N6)는 제2브레이크(B2)의 작동에 의하여 가변 정지된다.

이하에서는, 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인이 각 변속단을 형성하게 되는 과정에 관해 도 7 내지 도 13을 참조로 상세히 설명한다.

도 7 내지 도 13에서, L1은 제1유성기어세트(PG1)의 레버선(lever line)을, L2는 제2유성기어세트(PG2)의 레버선을, 그리고 L3은 제3유성기어세트(PG3)의 레버선을 각각 지칭한다.

제1선기어(S1)와 제2선기어(S2)가 고정 연결되어 있으므로, 제1유성기어세트(PG1)의 레버선(L1)과 제2유성기어세트(PG2)의 레버선(L2)은 제6노드(N6)에서 만나게 된다.

제1링기어(R1)와 제3유성 캐리어(PC3)가 고정 연결되어 있으므로, 제1유성기어세트(PG1)의 레버선(L1)과 제3유성기어세트(PG3)의 레버선(L3)은 제2노드(N2)에서 만나게 된다.

제2유성 캐리어(PC2)와 제3링기어(R3)가 고정 연결되어 있으므로, 제2유성기어세트(PG2)의 레버선(L2)과 제3유성기어세트(PG3)의 레버선(L3)은 제5노드(N5)에서 만나게 된다.

그리고 제2링기어(R2)는 변속기 케이스(300)에 고정 연결되어 있으므로, 제3노드(N3)는 항시 정지상태를 유지하게 된다.

그리고 제3선기어(S3)는 입력축에 고정 연결되어 있으므로, 항시 입력속도로 회전하게 된다.

이러한 조건에서 제1,2클러치들(C1,C2) 및 제1,2,3브레이크(B1,B2,B3)의 작동여부에 따라 제1,2,3유성기어세트(PG1,PG2,PG3)의 레버선(L1,L2,L3)의 배치가 결정되게 되는 것이다.

제1속에서는 제3브레이크(B3)가 작동하므로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제3노드(N3)의 제2링기어(R2)는 정지된다. 또한, 제1브레이크(B1)가 작동하므로 제4노 드(N4)는 정지된다.

따라서, 이러한 조건을 만족하는 레버선들(L1,L2,L3)의 배치는, 도 7에 도시된 바와 같이 형성되게 된다.

즉, 제2유성기어세트(PG2)가 형성하는 제3,5,6노드들(N3,N5,N6)에 관해서는, 제3노드(N3)는 정지상태, 제5,6노드들(N5,N6)은 음의 속도로 회전하게 된다.

제1유성기어세트(PG1)가 형성하는 제2,4,6노드들(N2,N4,N6)에 관해서는, 음의 속도로 회전하는 제6노드(N6)와 정지상태인 제4노드(N4)를 연결함으로서 레버선(L1)이 형성된다.

따라서 제3유성기어세트(PG3)의 레버선(L3)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 우측 하방으로 기울어져 형성되어, 그 출력요소인 제3유성 캐리어(PC3)는 입력축(100)의 회전속도에 비해 매우 낮은 속도로 회전하게 된다.

이러한 제1속에서는, 변속을 위한 동력전달경로에 제1,2,3유성기어세트(PG1,PG2,PG3) 모두가 관여하게 된다.

제2속에서도 제3브레이크(B3)가 작동하므로, 도 8에 도시된 바와 같이, 제3노드(N3)의 제2링기어(R2)는 정지된다. 또한, 제2브레이크(B2)가 작동하므로, 제6노드(N6)가 정지하게 된다.

따라서, 제3노드(N3) 및 제6노드(N6)가 모두 정지하게 되므로, 제2유성기어세트(PG2)의 레버선(L2)은 정지상태에서 수평선을 그리게 된다. 이는 제2유성기어세트(PG2)의 제5노드(N5)도 정지하게 됨을 의미한다.

따라서, 제3유성기어세트(PG3)의 레버선(L3)은, 제1속에 비하여 반시계 방향 으로 약간 회전된 상태가 된다. 따라서, 출력요소인 제3유성 캐리어(PC3)는 제1속에 비하여 증가된 속도로 회전하게 된다.

이러한 제2속에서는, 제2유성기어세트(PG2)가 정지된 상태이므로, 변속을 위한 동력전달경로에는 제3유성기어세트(PG3)만이 관여하게 된다.

제3속에서도 제3브레이크(B3)가 작동하므로, 도 9에 도시된 바와 같이, 제3노드(N3)의 제2링기어(R2)는 정지된다. 또한, 제1클러치(C1)가 작동하므로, 제6노드(N6) 또한 입력축(100)과 동일한 속도로 회전하게 된다.

따라서, 정지된 제3노드(N3) 및 입력속도로 회전하는 제6노드(N6)에 의하여, 제2유성기어세트(PG2)의 레버선(L2)이 결정되게 된다. 이러한 제2유성기어세트(PG2)의 레버선(L2) 상의 제5노드(N5)에 의하여 제3유성기어세트(PG3)의 레버선(L3)이 결정되게 된다.

이러한 제3유성기어세트(PG3)의 레버선(L3)은, 제2속에 비하여 반시계 방향으로 약간 회전된 상태가 된다. 따라서 출력요소인 제3유성 캐리어(PC3)는 제2속에 비해 증가된 속도로 회전하게 된다.

이러한 제3속에서는 동력전달경로에는 제2,3유성기어세트들(PG2,PG3)이 관여하게 된다.

제4속에서도 제3브레이크(B3)가 작동하므로, 도 10에 도시된 바와 같이, 제3노드(N3)의 제2링기어(R2)는 정지된다. 또한, 제2클러치(C2)가 작동하므로, 제4노드(N4) 또한 입력축(100)과 동일한 속도로 회전하게 된다.

따라서, 이러한 조건을 만족하는 레버선들(L1,L2,L3)의 배치는, 도 10에 도 시된 바와 같이 형성되게 된다.

즉, 제2유성기어세트(PG2)의 레버선(L2)은 제3속에 비해 반시계 방향으로 회전된 상태가 된다. 마찬가지로, 제3유성기어세트(PG3)의 레버선(L3) 또한 제3속에 비해 반시계 방향으로 회전된 상태가 된다. 따라서, 출력요소인 제3유성 캐리어(PC3)는 제3속에 비해 증가된 속도로 회전하게 된다.

이러한 제4속에서는, 변속을 위한 동력전달경로에 제1,2,3유성기어세트(PG1,PG2,PG3) 모두가 관여하게 된다.

제5속에서는 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)가 작동한다. 따라서, 도 11에 도시된 바와 같이, 제4노드(N4) 및 제6노드(N6)는 입력축(100)과 동일한 속도로 회전하게 된다.

따라서, 제1유성기어세트(PG1)의 레버선(L1)은 입력축(100) 회전속도의 높이에서 수평으로 배치되게 된다. 이는 제1유성기어세트(PG1)가 입력속도로 일체로 회전함을 의미한다.

따라서, 제2노드(N2) 또한 입력속도로 회전하게 되고, 따라서, 입력속도는 변속없이 출력되게 된다.

이러한 제5속에서는, 제1,2,3유성기어세트(PG1,PG2,PG3) 중 어느 것도, 변속을 위한 동력전달경로에 관여하지 않게 된다. 즉, 제1,2,3유성기어세트(PG1,PG2,PG3)가 일체로 회전하며 속도변화 없이 입력속도를 그대로 출력하게 되는 것이다.

제6속에서는 제2클러치(C2)가 작동하므로, 도 12에 도시된 바와 같이, 제4노 드(N4)는 입력축(100)과 동일한 속도로 회전하게 된다. 다만, 제2브레이크(B2)가 작동하게 되므로 제6노드(N6)는 정지하게 된다.

따라서, 정지된 제6노드(N6) 및 입력속도로 회전하는 제4노드(N4)에 의하여, 제1유성기어세트(PG1)의 레버선(L1)이 결정되게 된다.

따라서, 제1유성기어세트(PG1)의 레버선(L1) 상의 제2노드(N2)는 입력속도보다 빠른 속도로 회전하게 된다. 이는 출력요소인 제3유성 캐리어(PC3)의 출력속도가 입력속도에 비해 증속된 상태임을 의미한다.

이러한 제6속에서는 변속을 위한 동력전달경로에 제1유성기어세트(PG1)만이 관여하게 된다.

후진변속단에서는, 제1클러치(C1) 및 제1브레이크(B1)가 작동한다. 따라서, 도 13에 도시된 바와 같이, 정지된 제4노드(N4) 및 입력속도로 회전하는 제6노드(N6)에 의하여, 제1유성기어세트(PG1)의 레버선(L1)이 결정되게 된다.

따라서, 제1유성기어세트(PG1)의 레버선(L1) 상의 제2노드(N2)는, 도 13에 도시된 바와 같이 음의 속도로 회전, 즉 역회전하게 되는 것이다.

이러한 후진변속단에서는, 변속을 위한 동력전달경로에 제1유성기어세트(PG1)만이 관여하게 된다.

도 14A 내지 도 14F는 상기 도 9의 작동표에 따라 본 발명의 실시예의 파워 트레인을 동작시킨 경우의 작동상태를 도표화한 그림이다.

특히 도 14A는 본 발명의 실시예의 파워 트레인의 세부제원(즉, 각 유성기어세트의 기어비)을 표시한 것이고, 도 14B는 상기 도14A의 세부제원에 의하여 본 발 명의 실시예의 파워 트레인에서 제공되는 각 변속단의 변속비를 표시한 도표이며, 도 14C는 입력요소의 회전속도에 대비한 각 작동요소의 회전속도를 변속단별로 정리한 도표이며, 도 14D는 각 변속단별로 마찰요소의 슬립속도를 계산한 결과표이며, 도 14E는 각 작동요소 및 각 마찰요소에 걸리는 토크를 변속단별로 정리한 도표이고, 도 14F는 동력전달에 관여하여 부하를 담당하는 유성기어세트를 각 변속단별로 정리한 것이다.

상기 도14F는 본 발명의 실시예의 파워 트레인의 작동에 관한 설명으로부터 자명하게 이해될 수 있을 것이며, 도 14C 내지 도 14E의 각 수치는 본 발명의 실시예의 파워 트레인 구성 및 작동표로부터 당업자가 용이하게 계산할 수 있는 것이다.

주지하는 바와 같이, 추월가속시에는 자동변속기에 고부하의 동력이 입력된다. 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인에서는, 추월가속시 자주 사용되는 제2,3속에서 입력속도보다 빠르게 회전하는 작동요소가 없다(도 14C 참조). 따라서 비작동 마찰요소의 슬립속도 또한 입력축 회전속도보다 작다는 것을 알 수 있다(도 14D 참조).

또한, 도 14D 및 도 17D를 비교하면, 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속기의 6속 파워 트레인은 전진 제2속 내지 제6속에 걸쳐 전반적으로 (특히, 고속주행시 자주 사용되는 전진6속에서) 상기 미국특허의 파워 트레인에 비하여 비작동 마찰요소의 슬립속도가 작다는 것을 알 수 있다.

한편, 변속을 위한 동력전달경로에 관여되는 유성기어세트의 수가 클수록, 이에 의하여 손실되는 동력이 증가된다. 도 14F와 도 17F를 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 발명에 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 발명의 실시예에 의하면, 4개의 유성기어세트를 사용하되 적은 개수의 마찰요소로 전진6속 및 후진1속의 변속단이 구현되므로, 가볍고 컴팩트한 자동변속기를 구현할 수 있다.

또한, 가속시에 자주 사용되는 변속단에서 작동요소의 회전속도를 낮춤으로써 내구성을 증가된다.

또한, 마찰요소의 슬립속도를 저하시킴으로써 내구성이 증가됨과 아울러 동력손실이 감소된다.

또한, 동력전달경로를 단순화되므로 내구성이 증가됨과 아울러 동력손실이 감소된다.

또한, 싱글피니언 유성기어세트를 최대한 활용함으로써 동력전달에 따른 손실이 최소화된다.

또한, 유성기어세트의 작동요소의 담당토크가 작게 분산됨으로써 고용량 부하에 적합하다.

Claims (24)

1. 제1선기어(S1), 제1링기어(R1), 제1유성 캐리어(PC1)를 작동요소들로 구비하는 제1유성기어세트(PG1), 제2선기어(S2), 제2링기어(R2), 제2유성 캐리어(PC2)를 작동요소들로 구비하는 제2유성기어세트(PG2), 제3선기어(S3), 제3링기어(R3), 제3유성 캐리어(PC3)를 작동요소들로 구비하는 제3유성기어세트(PG3), 제4선기어(S4), 제4링기어(R4), 제4유성 캐리어(PC4)를 작동요소들로 구비하는 제4유성기어세트(PG4), 입력축(100), 출력기어(200), 그리고 변속기 케이스(300)를 포함하되,

   상기 제1링기어(R1)는 상기 제3유성 캐리어(PC3)에 고정 연결됨과 아울러 상기 제4링기어(R4)에 고정 연결되고,

   상기 제1유성 캐리어(PC1)는 상기 제4유성 캐리어(PC4)에 고정 연결되고,

   상기 제1선기어(S1)는 상기 제2선기어(S2)에 고정 연결되고,

   상기 제2유성 캐리어(PC2)는 상기 제3링기어(R3)에 고정 연결되고,

   상기 제3선기어(S3)는 상기 입력축(100)에 고정 연결됨으로써 항시 입력요소로 작용하고,

   상기 제3유성 캐리어(PC3)는 상기 출력기어(200)에 고정 연결됨으로써 항시 출력요소로 작용하고,

   상기 제4선기어(S4)는 제1클러치(C1)를 개재하여 상기 입력축(100)에 가변 연결되고,

   고정 연결된 상기 제1유성 캐리어(PC1)와 상기 제4유성 캐리어(PC4) 중 하나 이상은 제2클러치(C2)를 개재하여 상기 입력축(100)에 가변 연결되고,

   고정 연결된 상기 제1유성 캐리어(PC1)와 상기 제4유성 캐리어(PC4) 중 하나 이상은 제1브레이크(B1)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)(transmission case)에 연결됨으로써 가변 정지되고,

   상기 제2선기어(S2)는 제2브레이크(B2)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 연결됨으로써 가변 정지되고,

   상기 제2링기어(R2)는 제3브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 연결됨으로써 가변 고정되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
2. 제1항에서,

   상기 제1,2,3,4유성기어세트들은, 상기 제2유성기어세트(PG2), 상기 제1유성기어세트(PG1), 상기 제4유성기어세트(PG4), 및 상기 제3유성기어세트(PG3)의 순서(sequence)로 배치되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
3. 제2항에서,

   상기 제1유성기어세트(PG1)의 제1링기어(R1)와 상기 제4유성기어세트(PG4)의 제4링기어(R4)는 일체로 형성되고

   상기 제1유성기어세트(PG1)의 제1유성 캐리어(PC1)와 상기 제4유성기어세트(PG4)의 제4유성 캐리어(PC4)는 일체로 형성됨으로써,

   상기 제1유성기어세트(PG1) 및 상기 제4유성기어세트(PG4)는 하나의 복합유성기어세트(compound planetary gearset)를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
4. 제3항에서,

   상기 입력축(100)은, 상기 제3유성기어세트(PG3)에 대하여 상기 출력기어(200)와 같은 쪽에 배치되고;

   상기 제1,2클러치들(C1,C2) 중 어느 하나는 상기 제3유성기어세트(PG3)의 상기 입력축(100) 쪽에 배치되고;

   상기 제1,2클러치들(C1,C2) 중 다른 하나는 상기 제2유성기어세트(PG2)의 상기 입력축(100)으로부터 먼 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
5. 제4항에서,

   상기 제1클러치(C1)는 상기 제3유성기어세트(PG3)의 상기 입력축(100) 쪽에 배치되고;

   상기 제2클러치(C2)는 상기 제2유성기어세트(PG2)의 상기 입력축(100)으로부터 먼 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
6. 제3항에서,

   상기 입력축(100)은, 상기 제3유성기어세트(PG3)에 대하여 상기 출력기어(200)와 같은 쪽에 배치되고;

   상기 제1,2클러치들(C1,C2) 모두는 상기 제3유성기어세트(PG3)의 상기 입력축(100) 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
7. 제6항에서,

   상기 제1,2클러치들(C1,C2)은, 상기 제3유성기어세트(PG3)로부터 상기 입력축(100) 방향으로 제1클러치(C1) 그리고 제2클러치(C2)의 순서로 배치되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
8. 제6항에서,

   상기 제1,2클러치들(C1,C2)은, 상기 제3유성기어세트(PG3)로부터 상기 입력축(100) 방향으로 제2클러치(C2) 그리고 제1클러치(C1)의 순서로 배치되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
9. 제3항에서,

   상기 입력축(100)은, 상기 제2유성기어세트(PG2)에 대하여 상기 출력기어(200)와는 반대쪽에 배치되고;

   상기 제1,2클러치들(C1,C2) 모두는 상기 제2유성기어세트(PG2)의 상기 입력축(100) 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
10. 제9항에서,

    상기 제1,2클러치(C1,C2)는, 상기 제2유성기어세트(PG2)로부터 상기 입력축(100) 방향으로 제1클러치(C1) 그리고 제2클러치(C2)의 순서로 배치되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에서,

    상기 제1브레이크(B1)와 병렬로 배치되는 원웨이 클러치(one way clutch)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에서,

    상기 제1,2브레이크(B1,B2)는, 습식 다판식 브레이크 또는 밴드 브레이크인 것을 특징으로 하는 자동변속기의 6속 파워 트레인.
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