KR100830183B1 - 자동 변속기의 6속 파워 트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3조의 싱글 피니언 유성기어셋트를 채택하여 유성기어셋트의 컴팩트한 설계를 가능하게 함과 더불어 유성기어셋트와 주변 부품과의 배치를 용이하게 하고, 다수의 피니언을 매개로 고 출력의 동력 전달을 가능하게 하며, 유성기어셋트의 전체 크기와 중량의 축소에 따른 제조 비용의 절감을 도모할 수 있는 자동 변속기의 6속 파워 트레인에 관한 것이다.

Description

자동 변속기의 6속 파워 트레인{6-speed power train of automatic transmission}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 6속 파워 트레인의 개략도.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 6속 파워 트레인의 각 작동요소별 구성관계를 도시한 해석도.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 6속 파워 트레인에 대한 각 변속단별 마찰요소의 작동상태를 나타내는 작동 요소표.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 6속 파워 트레인의 개략도.

도 5 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 6속 파워 트레인에 있어 각 변속단별 속도관계를 나타내는 레버 해석도.

본 발명은 자동 변속기의 파워 트레인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전진 6속 및 후진 1속의 변속단을 구현하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인에 관한 것이 다.

일반적으로 자동 변속기를 구성하고 있는 다단 변속기어 메커니즘은 복수의 유성기어셋트의 조합으로 이루어져 있으며, 이러한 복수의 유성기어셋트가 조합된 파워 트레인은 엔진으로부터 입력되는 출력을 변환하여 전달하는 토크 컨버터로부터 회전 동력을 입력받아 이를 다단으로 변속하여 출력측으로 전달하는 기능을 수행하게 된다.

이와 같은 기능을 수행하는 자동 변속기의 파워 트레인은 많은 변속단을 보유할수록 동력 성능 및 연료 소비율의 측면에서 유리하기 때문에 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 파워 트레인의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

또한, 동일한 수량의 변속단을 구현하더라도 유성기어셋트의 조합 방법에 따라 파워 트레인의 내구성 및 동력 전달의 효율, 그리고 크기 및 중량 등이 크게 달라지기 때문에 보다 견고하고 동력의 손실을 최소화하면서도 컴팩트화 할 수 있는 파워 트레인에 대한 개발 노력이 지속되고 있는 실정이다.

그리고, 유성기어셋트를 이용하는 파워 트레인을 개발함에 있어, 다수의 유성기어셋트를 어떻게 조합하고, 이에 수반되는 클러치와 브레이크를 어느 요소에 몇 개의 수량을 배치하여 가능한 한 동력의 손실을 줄이면서 원하는 변속단과 이에 따르는 변속비를 구현하여 변속기의 성능을 향상시키는 데에 그 목표를 두고 다양한 연구가 이루어지고 있다.

일례로서, 싱글 피니언 유성기어셋트와 래비뉴 유성기어셋트를 조합하여 구성된 종래 6속 자동 변속기의 파워 트레인에서는 입력축상에 싱글 피니언 유성기어 셋트와 래비뉴 유성기어셋트를 각각 배치하고, 이들 유성기어셋트의 적정 부위에 3개의 클러치와 2개의 브레이크 및 1개의 원웨이 클러치를 각각 설치하며, 래비뉴 유성기어셋트에 출력축을 배치하는 구조로 이루어진다.

그런데, 상기와 같은 구성을 갖는 종래 6속 자동 변속기의 파워 트레인에 있어, 래비뉴 유성기어셋트의 캐리어는 싱글 피니언과 더블 피니언을 동시에 지지할 수 있는 구조가 되어야 한다.

이에 따라, 캐리어의 제작상에 어려움이 있었고, 더블 피니언을 채택한 구조이므로 싱글 피니언을 채택한 파워 트레인의 구조에 비해 중량면에서 불리한 단점이 있었다.

또한, 종래 6속 자동 변속기의 파워 트레인에서는 래비뉴 유성기어셋트가 점유하는 최소한의 전장으로 인해 싱글 피니언 유성기어셋트와 클러치 및 브레이크 등 주변 부품과의 배치 구조에 있어 많은 제약이 있었고, 4쌍 이상의 피니언을 캐리어로 구속하기가 어려워 고 토크로의 동력 전달을 위해서는 피니언의 치폭을 늘이거나 피니언의 크기를 증대시켜야 하므로, 파워 트레인의 전체 부피가 증대되는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 전진 6속과 후진 1속의 변속단을 가지는 자동 변속기용 파워 트레인을 구성함에 있어, 3조의 싱글 피니언을 적용한 유성기어셋트를 채택하고 유성기어셋트에 설치되 는 마찰요소의 수량을 줄임으로써, 유성기어셋트의 전체 크기와 중량의 축소를 도모하는 컴팩트한 설계를 가능하게 하고, 다수의 피니언을 매개로 고 출력의 동력 전달을 가능하게 하며, 유성기어셋트와 주변 부품과의 배치를 용이하게 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 2단 스킵 시프트시 하나의 마찰요소에 대한 작동을 유지한 상태에서 서로 다른 두 개의 마찰요소에 대한 체결과 해제를 통해 원활한 변속 제어가 이루어질 수 있도록 함으로써, 변속시 발생되는 쇽크의 정도를 현저하게 줄일 수 있도록 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축과;

상기 입력축과 연결되는 제1링기어와, 상기 제1링기어에 내접하는 제1피니언을 구비한 제1캐리어 및, 상기 제1피니언에 외접하고 변속기 케이스에 고정되는 제1선기어를 갖추고서, 3개의 독립된 작동요소를 형성하는 제1유성기어셋트로 이루어진 단순 유성기어셋트;

상기 제1캐리어와 가변 연결되는 제2선기어와, 상기 제2선기어에 외접하는 제2피니언을 구비한 제2캐리어 및, 상기 제2피니언에 내접하고 출력축과 연결되는 제2링기어를 갖춘 제2유성기어셋트와, 상기 제1캐리어와 가변 연결되는 제3선기어와, 상기 제3선기어에 외접하는 제3피니언을 구비한 제3캐리어 및, 상기 제3피니언 에 내접하는 제3링기어를 갖춘 제3유성기어셋트로 이루어지고, 상기 제2선기어와 상기 제3링기어는 상호 연결됨과 더불어 상기 제1유성기어셋트를 거쳐 상기 입력축과 가변 연결되며, 상기 제2캐리어와 상기 제3캐리어는 상호 연결됨과 더불어 상기 입력축과 가변 연결되어, 6개의 작동요소중 4개의 작동요소를 각각 한 쌍으로 대응시켜 공유함으로써 4개의 독립된 작동요소를 형성하는 복합 유성기어셋트;

상기 제1캐리어와 상기 제2선기어 및 상기 제3링기어 사이를 가변 연결하는 제1클러치와, 상기 제1캐리어와 상기 제3선기어 사이를 가변 연결하는 제2클러치 및, 상기 입력축과 상기 제2캐리어 및 상기 제3캐리어 사이를 가변 연결하는 제3클러치를 갖추고서, 상기 입력축으로부터 제공되는 구동력을 상기 제1유성기어셋트와 상기 제2유성기어셋트 및 상기 제3유성기어셋트의 작동요소에 선택적으로 인가하는 클러치 수단 및;

상기 제2선기어와 상기 제3링기어를 각각 상기 변속기 케이스에 가변 구속하는 제1브레이크와, 상기 제2캐리어와 상기 제3캐리어를 각각 상기 변속기 케이스에 가변 구속하는 제2브레이크를 갖추고서, 상기 제1유성기어셋트와 제2유성기어셋트 및 상기 제3유성기어셋트의 작동요소에 대한 회전을 상기 변속기 케이스에 대해 선택적으로 구속하는 브레이크 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 6속 파워 트레인의 개략도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 6속 파워 트레인은 엔진으로부터 토크 컨버터를 통하여 엔진의 구동력을 전달받는 입력축(10)과, 상기 파워 트레인으로부터 동력을 외부로 출력하는 출력축(20) 및, 상기 입/출력축(10,20)과 파워 트레인을 내부에 수용하는 변속기 케이스(30)를 구비하고 있다.

상기 입력축(10)상에는 제1유성기어셋트(PG-1)와 제2유성기어셋트(PG-2) 및 제3유성기어셋트(PG-3)가 각각 순차적으로 구비되어 있다. 상기 제1,2,3유성기어셋트(PG-1,2,3)는 모두 싱글 피니언 타입의 유성기어셋트에 의한 조합으로 이루어진다.

상기 제1유성기어셋트(PG-1)는 제1선기어(S1)와, 제1캐리어(C1) 및, 제1링기어(R1)를 그 작동요소로 포함하고 있다. 상기 제1캐리어(C1)에는 상기 제1선기어(S1)와 상기 제1링기어(R1)에 각각 외접 및 내접하는 제1피니언(P1)이 연결되어 있다.

상기 제2유성기어셋트(PG-2)는 제2선기어(S2)와, 제2캐리어(C2) 및, 제2링기어(R2)를 그 작동요소로 포함하고 있다. 상기 제2캐리어(C2)에는 상기 제2선기어(S2)와 상기 제2링기어(R2)에 각각 외접 및 내접하는 제2피니언(P2)이 연결되어 있다.

상기 제3유성기어셋트(PG-3)는 제3선기어(S3)와, 제3캐리어(PC3) 및, 제3링기어(R3)를 그 작동요소로 포함하고 있다. 상기 제3캐리어(C3)에는 상기 제3선기어(S3)와 상기 제3링기어(R3)에 각각 외접 및 내접하는 제3피니언(P3)이 연결되어 있다.

본 발명의 6속 파워 트레인에 있어, 상기 제1,2,3유성기어셋트(PG-1,2,3) 사이의 구성관계는 다음과 같다.

상기 제1유성기어셋트(PG-1)에서, 상기 제1링기어(R1)는 상기 입력축(10)과 직접 연결되고, 상기 제1선기어(S1)는 상기 변속기 케이스(30)에 고정되어 자전 및 공전의 회전이 구속되는 고정요소로 작용하게 된다. 이에 따라 상기 제1유성기어셋트(PG-1)는 3개의 독립된 작동요소를 형성하게 되는 단순 유성기어셋트를 이루게 된다.

상기 제2유성기어셋트(PG-2)에서, 상기 제2선기어(S2)는 상기 제1캐리어(C1)와 가변 연결되고, 상기 제2링기어(R2)는 상기 출력축(20)과 직접 연결된다.

상기 제3유성기어셋트(PG-3)에서, 상기 제3선기어(S3)는 상기 제1캐리어(C1)와 가변 연결된다.

상기 제2선기어(S2)와 상기 제3링기어(R3)는 상호 연결됨과 더불어 상기 제1유성기어셋트(PG-1)를 거쳐 상기 입력축(10)과 가변 연결되고, 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3)는 상호 연결됨과 더불어 상기 입력축(10)과 가변 연결된다. 이에 따라, 상기 제2유성기어셋트(PG-2)와 상기 제3유성기어셋트(PG-3)는 6개의 작동요소중 4개의 작동요소를 각각 한 쌍으로 대응시켜 상호 공유함으로써 4개의 독립된 작동요소를 형성하게 되는 복합 유성기어셋트를 이루게 된다.

본 발명에 따른 6속 파워 트레인을 구성하는 상기 단순 유성기어셋트와 상기 복합 유성기어셋트는 각각 싱글 피니언 타입의 유성기어셋트로 이루어진다.

본 발명의 6속 파워 트레인에 있어, 상기 제1,2,3유성기어셋트(PG-1,2,3)에 대한 각종 클러치류 및 브레이크류로 이루어지는 마찰요소의 설치관계는 다음과 같다.

제1클러치(C-1)는 상기 제1캐리어(C1)와 상기 제2선기어(S2) 및 상기 제3링기어(R3) 사이를 가변 연결하도록 설치되고, 제2클러치(C-2)는 상기 제1캐리어(C1)와 상기 제3선기어(S3) 사이를 가변 연결하도록 설치되며, 제3클러치(C-3)는 상기 입력축(10)과 상기 제2캐리어(C2) 및 상기 제3캐리어(C3) 사이를 가변 연결하도록 설치된다.

제1브레이크(B-1)는 상기 제2선기어(S2)와 상기 제3링기어(R3)를 각각 상기 변속기 케이스(30)에 가변 구속하도록 설치되고, 제2브레이크(B-2)는 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3)를 각각 상기 변속기 케이스(30)에 가변 구속하도록 설치된다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 6속 파워 트레인에 대한 각 변속단별 속도 관계를 설명하기 위해 6속 파워 트레인의 각 작동요소별 구성관계를 도시한 해석도이다.

단순 유성기어셋트를 이루는 상기 제1유성기어셋트(PG-1)의 3개의 작동요소는 상기 제1선기어(S1)를 제1작동요소(N1)로 설정하고, 상기 제1캐리어(C1)를 제2작동요소(N2)로 설정하며, 상기 제1링기어(R1)를 제3작동요소(N3)로 설정한다.

복합 유성기어셋트를 이루는 상기 제2유성기어셋트(PG-2)와 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 4개의 작동요소는 상기 제2선기어(S2)와 상기 제3링기어(R3)를 상호 공유하여 제4작동요소(N4)로 설정하고, 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3)를 상호 공유하여 제5작동요소(N5)로 설정하며, 상기 제2링기어(R2)를 제6작동요소(N6)로 설정하고, 상기 제3선기어(S3)를 제7작동요소(N7)로 설정한다.

상기 제1작동요소(N1)는 상기 변속기 케이스(30)에 구속되고, 상기 제2작동요소(N2)는 상기 제1클러치(C-1)를 매개로 상기 제4작동요소(N4)에 가변 연결되며, 상기 제2작동요소(N2)는 상기 제2클러치(C-2)를 매개로 상기 제7작동요소(N7)에 가변 연결되고, 상기 제3작동요소(N3)는 상기 입력축(10)과 직결되며, 상기 제5작동요소(N5)는 상기 제3클러치(C-3)를 매개로 상기 입력축(10)에 가변 연결되고, 상기 제6작동요소(N6)는 상기 출력축(20)과 직결되며, 상기 제4작동요소(N4)는 상기 제1브레이크(B-1)를 매개로 상기 변속기 케이스(30)에 가변 구속되고, 상기 제5작동요소(N5)는 상기 제2브레이크(B-2)를 매개로 상기 변속기 케이스(30)에 가변 구속된다.

본 발명에 따른 6속 파워 트레인에 있어, 상기 입력축(10)으로부터 상기 제1 내지 제3유성기어셋트(PG-1,2,3)에 동력이 전달되는 경로는 다음과 같다.

상기 제3작동요소(N3)와 상기 제2작동요소(N2)를 거쳐 상기 제7작동요소(N7)에 감속비로 입력되는 제1입력경로와, 상기 제3작동요소(N3)와 상기 제2작동요소(N2)를 거쳐 상기 제4작동요소(N4)에 감속비로 입력되는 제2입력경로 및, 상기 제5작동요소(N5)에 등속비로 입력되는 제3입력경로로 설정된다.

즉, 상기 제1입력경로는 상기 입력축(10)이 상기 제1링기어(R1)와 직접 연결되고, 상기 제1캐리어(C1)는 상기 제2클러치(C-2)를 매개로 상기 제3선기어(S3)에 가변 연결되어 구성된다.

그리고, 상기 제2입력경로는 상기 입력축(10)이 상기 제1링기어(R1)와 직접 연결되고, 상기 제1캐리어(C1)는 상기 제1클러치(C-1)를 매개로 상기 제2선기어 (S2)와 상기 제3링기어(R3)에 가변 연결되어 구성된다.

또한, 상기 제3입력경로는 상기 입력축(10)이 상기 제3클러치(C-3)를 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3)에 가변 연결되어 구성된다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 6속 파워 트레인에 대한 각 변속단별 마찰요소의 작동 상태를 나타내는 작동 요소표이다.

상기 제1입력경로는 D 레인지 1,2,3,4속에서, 상기 제2작동요소(N2)와 상기 제7작동요소(N7) 사이를 가변적으로 연결하는 제2클러치(C-2)의 작동에 의해 설정된다.

상기 제2입력경로는 D 레인지 3,5속과 R 레인지에서, 상기 제2작동요소(N2)와 상기 제4작동요소(N4) 사이를 가변적으로 연결하는 제1클러치(C-1)의 작동에 의해 설정된다.

상기 제3입력경로는 D 레인지 4,5,6속에서, 상기 제3작동요소(N3)와 상기 제5작동요소(N5) 사이를 가변적으로 연결하는 제3클러치(C-3)의 작동에 의해 설정된다.

즉, D 레인지 1속에서 상기 제2클러치(C-2)와 상기 제2브레이크(B-2)가 작동하고, D 레인지 2속에서 상기 제2클러치(C-2)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제2브레이크(B-2)가 해제되면서 상기 제1브레이크(B-1)가 작동하며, D 레인지 3속에서 상기 제2클러치(C-2)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제1브레이크(B-1)가 해제되면서 상기 제1클러치(C-1)가 작동하고, D 레인지 4속에서 상기 제2클러치(C-2)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제1클러치(C-1)가 해제되면서 상기 제3클러치(C-3)가 작동하며, D 레인지 5속에서 상기 제3클러치(C-3)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제2클러치(C-2)가 해제되면서 상기 제1클러치(C-1)가 작동하고, D 레인지 6속에서 상기 제3클러치(C-3)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제1클러치(C-1)가 해제되면서 상기 제1브레이크(B-1)가 작동하며, R 레인지에서 상기 제1클러치(C-1)와 상기 제2브레이크(B-2)가 작동한다.

아울러, 본 발명의 제1실시예에 있어, 상기 출력축(20)은 상기 입력축(10)과 동축상으로 외주에 배치되는 중공축 부재로 이루어지는 데, 보다 상세하게는 상기 출력축(20)은 상기 입력축(10)의 둘레에서 상기 제1브레이크(B-1)와 상기 제2브레이크(B-2) 사이에 위치하도록 배치된다.

상기 제1브레이크(B-1)는 상기 제1캐리어(C1)와 상기 제2선기어(S2) 사이를 가변 연결하는 상기 제1클러치(C-1)와 병렬로 설치되고, 상기 제2브레이크(B-2)는 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3) 사이를 상기 입력축(10)에 가변 연결하는 상기 제3클러치(C-3)와 병렬로 설치된다.

또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 6속 파워 트레인은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 출력축(20)은 상기 입력축(10)과 동일축선상으로 상호 이격되게 배치되는 중실축 부재로 이루어지는 데, 보다 상세하게는 상기 출력축(20)은 상기 제2링기어(R2)와 중공축 형상의 리테이너(40)를 매개로 연결된다.

상기 중공축 형상의 리테이너(40)는 일단이 상기 제2링기어(R2)와 직결되고, 타단이 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 외주를 감싸는 형태로 연장되어 상기 중실축 부재와 연결된다.

상기 제2브레이크(B-2)는 상기 제1유성기어셋트(PG-1)와 상기 제2유성기어셋트(PG-2) 사이에 위치하도록 배치되어, 상기 제2브레이크(B-2)는 상기 제3클러치(C-3)를 매개로 상기 입력축(10)과 가변 연결되는 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3)에 대해 직렬로 연결된다.

아울러, 본 발명의 제2실시예에 따른 6속 파워 트레인에 있어, 각 구성요소별 작동요소는 도 2와 동일하고, 각 변속단별 마찰요소의 작동 상태는 제1실시예에서와 동일하게 도 3의 작동 요소표에 따라 이루어짐을 밝혀 둔다.

이하, 본 발명에 따른 자동 변속기의 6속 파워 트레인에서 각 변속단별 변속과정을 보다 상세하게 설명한다. 이 과정에서 동력의 전달과정은 도 2에 도시된 레버 해석도를 참고로 하여 속도의 비로 설명하기로 한다.

- D 레인지 1속

도 5에 도시된 바와 같이, D 레인지 1속에서는 상기 제2클러치(C-2)와 상기 제2브레이크(B-2)가 각각 체결요소로서 동작한다.

상기 입력축(10)을 통해 상기 제3작동요소(N3)로 입력이 이루어지면, 상기 제1작동요소(N1)를 고정요소로 하여 상기 제2작동요소(N2)를 통해 감속되어 상기 제7작동요소(N7)로 전이되고, 상기 제7작동요소(N7)로 전이된 입력은 상기 제5작동요소(N5)를 고정요소로 하여 상기 제6작동요소(N6)를 통해 감속되어 상기 출력축(20)으로 출력된다.

즉, 상기 입력축(10)을 통해 상기 제1유성기어셋트(PG-1)의 제1링기어(R1)로 입력되는 속도는 상기 제1선기어(S1)가 고정요소로 작용함에 따라 상기 제1캐리어(C1)를 통해 1차 감속후 상기 제2클러치(C-2)를 매개로 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 제3선기어(S3)로 전이되고, 상기 제3선기어(S3)로 전이된 속도는 상기 제3캐리어(C3)가 상기 제2브레이크(B-2)의 작동에 의해 고정요소로 작용함에 따라 상기 제3링기어(R3)를 통해 2차 감속후 상기 제2유성기어셋트(PG-2)의 제2선기어(S2)로 전이되며, 상기 제2선기어(S2)로 전이된 속도는 상기 제2캐리어(C2)가 상기 제2브레이크(B-2)의 작동에 의해 고정요소로 작용함에 따라 상기 제2링기어(R2)를 통해 3차 감속후 상기 출력축(20)을 통해 D 레인지 1속으로 출력된다.

- D 레인지 2속

도 6에 도시된 바와 같이, D 레인지 2속에서는 상기 제2클러치(C-2)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제2브레이크(B-2)가 해제되면서 상기 제1브레이크(B-1)가 체결요소로서 동작한다.

상기 입력축(10)을 통해 상기 제3작동요소(N3)로 입력이 이루어지면, 상기 제1작동요소(N1)를 고정요소로 하여 상기 제2작동요소(N2)를 통해 감속되어 상기 제7작동요소(N7)로 전이되고, 상기 제7작동요소(N7)로 전이된 입력은 상기 제4작동요소(N4)를 고정요소로 하여 상기 제6작동요소(N6)를 통해 감속되어 상기 출력축(20)으로 출력된다.

즉, 상기 입력축(10)을 통해 상기 제1유성기어셋트(PG-1)의 제1링기어(R1)로 입력되는 속도는 상기 제1선기어(S1)가 고정요소로 작용함에 따라 상기 제1캐리어 (C1)를 통해 1차 감속후 상기 제2클러치(C-2)를 매개로 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 제3선기어(S3)로 전이되고, 상기 제3선기어(S3)로 전이된 속도는 상기 제3링기어(R3)가 상기 제1브레이크(B-1)의 작동에 의해 고정요소로 작용함에 따라 상기 제3캐리어(C3)를 통해 2차 감속후 상기 제2유성기어셋트(PG-2)의 제2캐리어(C2)로 전이되며, 상기 제2캐리어(C2)로 전이된 속도는 상기 제2선기어(S2)가 상기 제1브레이크(B-1)의 작동에 의해 고정요소로 작용함에 따라 상기 제2링기어(R2)를 통해 증속후 상기 출력축(20)을 통해 D 레인지 2속으로 출력된다.

- D 레인지 3속

도 7에 도시된 바와 같이, D 레인지 3속에서는 상기 제2클러치(C-2)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제1브레이크(B-1)가 해제되면서 상기 제1클러치(C-1)가 체결요소로서 동작한다.

상기 입력축(10)을 통해 상기 제3작동요소(N3)로 입력이 이루어지면, 상기 제1작동요소(N1)를 고정요소로 하여 상기 제2작동요소(N2)를 통해 감속되어 상기 제4작동요소(N4)와 상기 제7작동요소(N7)에 동시에 전이되고, 상기 제4작동요소(N4)와 상기 제7작동요소(N7)에 동시에 전이된 입력은 상기 제6작동요소(N6)를 통해 상기 출력축(20)에 등속으로 출력된다.

즉, 상기 입력축(10)을 통해 상기 제1유성기어셋트(PG-1)의 제1링기어(R1)로 입력되는 속도는 상기 제1선기어(S1)가 고정요소로 작용함에 따라 상기 제1캐리어(C1)를 통해 1차 감속후 상기 제1클러치(C-1)를 매개로 상기 제2유성기어셋트(PG- 2)의 제2선기어(S2)와 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 제3링기어(R3)에 전이됨과 더불어, 상기 제2클러치(C-2)를 매개로 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 제3선기어(S3)로 전이된다.

상기 제2선기어(S2)와 상기 제3링기어(R3) 및 상기 제3선기어(S3)로 전이된 속도는 각각 감속된 상태의 등속임에 따라, 상기 제2링기어(R2)를 통해 상기 출력축(20)으로 D 레인지 3속의 출력이 등속으로 출력된다.

- D 레인지 4속

도 8에 도시된 바와 같이, D 레인지 4속에서는 상기 제2클러치(C-2)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제1클러치(C-1)가 해제되면서 상기 제3클러치(C-3)가 체결요소로서 동작한다.

상기 입력축(10)을 통해 상기 제3작동요소(N3)로 입력이 이루어지면, 상기 제1작동요소(N1)를 고정요소로 하여 상기 제2작동요소(N2)를 통해 감속되어 상기 제7작동요소(N7)로 전이되고, 상기 제5작동요소(N5)에는 상기 입력축(10)의 입력이 그대로 전이된다.

이에 따라 상기 제6작동요소(N6)를 통해 상기 출력축(20)으로 출력되는 속도는 상기 입력축(10)의 속도 보다 작고 상기 제7작동요소(N7)의 속도 보다는 큰 상태가 된다.

즉, 상기 입력축(10)을 통해 상기 제1유성기어셋트(PG-1)의 제1링기어(R1)로 입력되는 속도는 상기 제1선기어(S1)가 고정요소로 작용함에 따라 상기 제1캐리어 (C1)를 통해 1차 감속후 상기 제2클러치(C-2)를 매개로 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 제3선기어(S3)로 전이되고, 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3)에는 각각 상기 입력축(10)의 입력이 등속으로 그대로 전이된다.

이 결과, 상기 제3유성기어셋트(PG-3)에서는 제3선기어(S3)로 입력된 상기 제1캐리어(C1)의 감속 입력과 상기 제3캐리어(C3)에 입력된 상기 입력축(10)의 등속 입력에 의해 상기 제3링기어(R3)를 통한 출력은 상기 입력축(10)의 속도 보다 증속되고, 상기 제2유성기어셋트(PG-2)에서는 상기 제3링기어(R3)로부터 제2선기어(S2)에 입력된 증속 입력과 상기 입력축(10)으로부터 상기 제2캐리어(C2)에 입력된 등속 입력에 의해 상기 제2링기어(R2)를 통한 출력은 상기 입력축(10)의 속도 보다 감속되어 상기 출력축(20)을 통해 D 레인지 4속으로 출력된다.

- D 레인지 5속

도 9에 도시된 바와 같이, D 레인지 5속에서는 상기 제3클러치(C-3)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제2클러치(C-2)가 해제되면서 상기 제1클러치(C-1)가 체결요소로서 동작한다.

상기 입력축(10)을 통해 상기 제3작동요소(N3)로 입력이 이루어지면, 상기 제1작동요소(N1)를 고정요소로 하여 상기 제2작동요소(N2)를 통해 감속되어 상기 제4작동요소(N4)로 전이되고, 상기 제5작동요소(N5)에는 상기 입력축(10)의 입력이 그대로 전이된다.

이에 따라 상기 제6작동요소(N6)를 통해 상기 출력축(20)으로 출력되는 속도 는 상기 입력축(10)의 속도 보다 커지는 오버 드라이브 상태가 된다.

즉, 상기 입력축(10)을 통해 상기 제1유성기어셋트(PG-1)의 제1링기어(R1)로 입력되는 속도는 상기 제1선기어(S1)가 고정요소로 작용함에 따라 상기 제1캐리어(C1)를 통해 1차 감속후 상기 제1클러치(C-1)를 매개로 상기 제2유성기어셋트(PG-2)의 제2선기어(S2)와 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 제3링기어(R3)로 동시에 전이되고, 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3)에는 각각 상기 입력축(10)의 입력이 그대로 전이된다.

이 결과, 상기 제3유성기어셋트(PG-3)에서는 상기 제1캐리어(C1)로부터 상기 제3링기어(R3)에 입력된 감속 입력과 상기 입력축(10)으로부터 상기 제3캐리어(C3)에 입력된 등속 입력에 의해 상기 제3선기어(S3)를 통한 출력은 상기 입력축(10)의 속도 보다 증속되고, 상기 제2유성기어셋트(PG-2)에서는 상기 제1캐리어(C1)로부터 상기 제2선기어(S2)에 입력된 감속 입력과 상기 입력축(10)으로부터 상기 제2캐리어(C2)에 입력된 등속 입력에 의해 상기 제2링기어(R2)를 통한 출력은 상기 입력축(10)의 속도 보다 증속되어 상기 출력축(20)을 통해 D 레인지 5속으로 오버 드라이브 출력된다.

- D 레인지 6속

도 10에 도시된 바와 같이, D 레인지 6속에서는 상기 제3클러치(C-3)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제1클러치(C-1)가 해제되면서 상기 제1브레이크(B-1)가 체결요소로서 동작한다.

상기 제5작동요소(N5)에는 상기 입력축(10)의 입력이 그대로 전이되고, 상기 제4작동요소(N4)를 고정요소로 하여 상기 제6작동요소(N6)를 통해 상기 출력축(20)으로 출력되는 속도는 상기 입력축(10)의 속도 보다 더 커지는 상태가 된다.

즉, 상기 제2유성기어셋트(PG-2)의 제2캐리어(C2)와 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 제3캐리어(C3)에는 각각 상기 입력축(10)의 입력이 등속으로 그대로 전이된다.

이 결과, 상기 제3유성기어셋트(PG-3)에서는 상기 제3캐리어(C3)로 입력된 상기 입력축(10)의 등속 입력이 상기 제3링기어(R3)가 상기 제1브레이크(B-1)의 작동에 의해 고정요소로 작용함에 따라 상기 제3선기어(S3)를 통한 출력은 상기 입력축(10)의 속도 보다 증속되고, 상기 제2유성기어셋트(PG-2)에서는 상기 제2캐리어(C2)로 입력된 상기 입력축(10)의 등속 입력이 상기 제2선기어(S2)가 상기 제1브레이크(B-1)의 작동에 의해 고정요소로 작용함에 따라 상기 제2링기어(R2)를 통한 출력은 상기 입력축(10)의 속도 보다 증속되어 상기 출력축(20)을 통해 D 레인지 6속의 오버 드라이브 출력이 이루어진다.

- R 레인지

도 11에 도시된 바와 같이, R 레인지에서는 상기 제1클러치(C-1)와 상기 제2브레이크(B-2)가 각각 체결요소로서 동작한다.

상기 입력축(10)을 통해 상기 제3작동요소(N3)로 입력이 이루어지면, 상기 제1작동요소(N1)를 고정요소로 하여 상기 제2작동요소(N2)를 통해 감속되어 상기 제4작동요소(N4)로 전이되고, 상기 제4작동요소(N4)로 전이된 입력은 상기 제5작동요소(N5)를 고정요소로 하여 상기 제6작동요소(N6)를 통해 역전되어 상기 출력축(20)으로 출력된다.

즉, 상기 입력축(10)을 통해 상기 제1유성기어셋트(PG-1)의 제1링기어(R1)로 입력되는 속도는 상기 제1선기어(S1)가 고정요소로 작용함에 따라 상기 제1캐리어(C1)를 통해 1차 감속후 상기 제1클러치(C-1)를 매개로 상기 제2유성기어셋트(PG-2)의 제2선기어(S2)로 전이된다.

이 결과, 상기 제2유성기어셋트(PG-2)에서는 상기 제2선기어(S2)로 입력된 상기 제1캐리어(C1)의 감속 입력이 상기 제2캐리어(C2)가 상기 제2브레이크(B-2)의 작동에 의해 고정요소로 작용함에 따라 상기 제2링기어(R2)를 통해 2차 감속되어 상기 출력축(20)을 통해 역방향으로 출력된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동 변속기의 6속 파워 트레인에 의하면, 3조의 싱글 피니언을 적용한 유성기어셋트와 3개의 클러치 및 2개의 브레이크를 매개로 전진 6속과 후진 1속의 변속단을 가지는 자동 변속기의 파워 트레인을 구성할 수 있게 됨으로써, 유성기어셋트의 전체 크기와 중량의 축소를 도모하는 자동 변속기의 컴팩트한 설계를 가능하게 하고, 싱글 피니언의 채택에 따른 다수의 피니언을 갖춤에 따라 고 출력의 동력 전달을 가능하게 하며, 유성기어셋트와 주변 부품과의 배치를 용이하게 할 수 있다.

그리고, 2단 스킵 시프트시 하나의 마찰요소에 대한 작동을 유지한 상태에서 다른 하나의 마찰요소만을 체결함과 더불어 또 다른 하나의 마찰요소만을 해제하는 제어가 가능해 지므로, 변속 제어가 용이할 뿐만 아니라, 이로 인해 변속시 발생되는 쇽크의 정도를 현저하게 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 출력축(20)이 상기 입력축(10)과 동일축선상으로 배치될 수 있어, 6속 파워 트레인을 엔진룸내에서 종방향으로 배치할 경우, 상기 출력축(20)은 별도의 추진축을 매개로 후륜으로 동력전달이 가능하게 되므로, 전기관 후륜구동(FR)의 차량에 본 발명의 6속 자동 변속기용 파워 트레인을 적용할 수 있게 된다.

Claims (16)

1. 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축(10)과;

   상기 입력축(10)과 연결되는 제1링기어(R1)와, 상기 제1링기어(R1)에 내접하는 제1피니언(P1)을 구비한 제1캐리어(C1) 및, 상기 제1피니언(P1)에 외접하고 변속기 케이스(30)에 고정되는 제1선기어(S1)를 갖추고서, 3개의 독립된 작동요소를 형성하는 제1유성기어셋트(PG-1)로 이루어진 단순 유성기어셋트;

   상기 제1캐리어(C1)와 가변 연결되는 제2선기어(S2)와, 상기 제2선기어(S2)에 외접하는 제2피니언(P2)을 구비한 제2캐리어(C2) 및, 상기 제2피니언(P2)에 내접하고 출력축(20)과 연결되는 제2링기어(R2)를 갖춘 제2유성기어셋트(PG-2)와, 상기 제1캐리어(C1)와 가변 연결되는 제3선기어(S3)와, 상기 제3선기어(S3)에 외접하는 제3피니언(P3)을 구비한 제3캐리어(C3) 및, 상기 제3피니언(P3)에 내접하는 제3링기어(R3)를 갖춘 제3유성기어셋트(PG-3)로 이루어지고, 상기 제2선기어(S2)와 상기 제3링기어(R3)는 상호 연결됨과 더불어 상기 제1유성기어셋트(PG-1)를 거쳐 상기 입력축(10)과 가변 연결되며, 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3)는 상호 연결됨과 더불어 상기 입력축(10)과 가변 연결되어, 6개의 작동요소중 4개의 작동요소를 각각 한 쌍으로 대응시켜 공유함으로써 4개의 독립된 작동요소를 형성하는 복합 유성기어셋트;

   상기 제1캐리어(C1)와 상기 제2선기어(S2) 및 상기 제3링기어(R3) 사이를 가변 연결하는 제1클러치(C-1)와, 상기 제1캐리어(C1)와 상기 제3선기어(S3) 사이를 가변 연결하는 제2클러치(C-2) 및, 상기 입력축(10)과 상기 제2캐리어(C2) 및 상기 제3캐리어(C3) 사이를 가변 연결하는 제3클러치(C-3)를 갖추고서, 상기 입력축(10)으로부터 제공되는 구동력을 상기 제1유성기어셋트(PG-1)와 상기 제2유성기어셋트(PG-2) 및 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 작동요소에 선택적으로 인가하는 클러치 수단 및;

   상기 제2선기어(S2)와 상기 제3링기어(R3)를 각각 상기 변속기 케이스(30)에 가변 구속하는 제1브레이크(B-1)와, 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3)를 각각 상기 변속기 케이스(30)에 가변 구속하는 제2브레이크(B-2)를 갖추고서, 상기 제1유성기어셋트(PG-1)와 제2유성기어셋트(PG-2) 및 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 작동요소에 대한 회전을 상기 변속기 케이스(30)에 대해 선택적으로 구속하는 브레이크 수단을 포함하여 구성되는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 단순 유성기어셋트의 3개의 작동요소는 상기 제1선기어(S1)를 제1작동요소(N1)로 설정하고, 상기 제1캐리어(C1)를 제2작동요소(N2)로 설정하며, 상기 제1링기어(R1)를 제3작동요소(N3)로 설정하고;

   상기 복합 유성기어셋트의 4개의 작동요소는 상기 제2선기어(S2)와 상기 제3링기어(R3)를 상호 공유하여 제4작동요소(N4)로 설정하고, 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3)를 상호 공유하여 제5작동요소(N5)로 설정하며, 상기 제2링기어(R2)를 제6작동요소(N6)로 설정하고, 상기 제3선기어(S3)를 제7작동요소(N7)로 설 정하며;

   상기 제1작동요소(N1)는 상기 변속기 케이스(30)에 구속되고, 상기 제2작동요소(N2)는 상기 제1클러치(C-1)를 매개로 상기 제4작동요소(N4)에 가변 연결되며, 상기 제2작동요소(N2)는 상기 제2클러치(C-2)를 매개로 상기 제7작동요소(N7)에 가변 연결되고, 상기 제3작동요소(N3)는 상기 입력축(10)과 직결되며, 상기 제5작동요소(N5)는 상기 제3클러치(C-3)를 매개로 상기 입력축(10)에 가변 연결되고, 상기 제6작동요소(N6)는 상기 출력축(20)과 직결되며, 상기 제4작동요소(N4)는 상기 제1브레이크(B-1)를 매개로 상기 변속기 케이스(30)에 가변 구속되고, 상기 제5작동요소(N5)는 상기 제2브레이크(B-2)를 매개로 상기 변속기 케이스(30)에 가변 구속되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 단순 유성기어셋트와 상기 복합 유성기어셋트는 각각 싱글 피니언 타입의 유성기어셋트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 입력축(10)으로부터 상기 제1 내지 제3유성기어셋트(PG-1,2,3)에 동력이 전달되는 경로는 상기 제3작동요소(N3)와 상기 제2작동요소(N2)를 거쳐 상기 제7작동요소(N7)에 감속비로 입력되는 제1입력경로와, 상기 제3작동요소(N3)와 상기 제2작동요소(N2)를 거쳐 상기 제4작동요소(N4)에 감속비로 입력되는 제2입력경로 및, 상기 제5작동요소(N5)에 등속비로 입력되는 제3입력경로로 설정되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 제1입력경로는 D 레인지 1,2,3,4속에서, 상기 제2작동요소(N2)와 상기 제7작동요소(N7) 사이를 가변적으로 연결하는 상기 제2클러치(C-2)의 작동에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 제2입력경로는 D 레인지 3,5속과 R 레인지에서, 상기 제2작동요소(N2)와 상기 제4작동요소(N4) 사이를 가변적으로 연결하는 상기 제1클러치(C-1)의 작동에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
7. 청구항 4에 있어서,

   상기 제3입력경로는 D 레인지 4,5,6속에서, 상기 제3작동요소(N3)와 상기 제5작동요소(N5) 사이를 가변적으로 연결하는 상기 제3클러치(C-3)의 작동에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
8. 청구항 2에 있어서,

   상기 각 작동요소는 D 레인지 1속에서 상기 제2클러치(C-2)와 상기 제2브레이크(B-2)가 작동하고, D 레인지 2속에서 상기 제2클러치(C-2)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제2브레이크(B-2)가 해제되면서 상기 제1브레이크(B-1)가 작동하며, D 레인지 3속에서 상기 제2클러치(C-2)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제1브레이크(B-1)가 해제되면서 상기 제1클러치(C-1)가 작동하고, D 레인지 4속에서 상기 제2클러치(C-2)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제1클러치(C-1)가 해제되면서 상기 제3클러치(C-3)가 작동하며, D 레인지 5속에서 상기 제3클러치(C-3)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제2클러치(C-2)가 해제되면서 상기 제1클러치(C-1)가 작동하고, D 레인지 6속에서 상기 제3클러치(C-3)의 작동이 유지된 상태에서 상기 제1클러치(C-1)가 해제되면서 상기 제1브레이크(B-1)가 작동하며, R 레인지에서 상기 제1클러치(C-1)와 상기 제2브레이크(B-2)가 작동하여 변속이 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
9. 청구항 2에 있어서,

   상기 출력축(20)은 상기 입력축(10)과 동축상으로 외주에 배치되는 중공축 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 출력축(20)은 상기 입력축(10)의 둘레에서 상기 제1브레이크(B-1)와 상기 제2브레이크(B-2) 사이에 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 제1브레이크(B-1)는 상기 제1캐리어(C1)와 상기 제2선기어(S2) 사이를 가변 연결하는 상기 제1클러치(C-1)와 병렬로 설치된 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
12. 청구항 10에 있어서,

    상기 제2브레이크(B-2)는 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3) 사이를 상기 입력축(10)에 가변 연결하는 상기 제3클러치(C-3)와 병렬로 설치된 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
13. 청구항 2에 있어서,

    상기 출력축(20)은 상기 입력축(10)과 동일축선상으로 상호 이격되게 배치되는 중실축 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
14. 청구항 13에 있어서,

    상기 출력축(20)은 상기 제2링기어(R2)와 중공축 형상의 리테이너(40)를 매개로 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
15. 청구항 14에 있어서,

    상기 중공축 형상의 리테이너(40)는 일단이 상기 제2링기어(R2)와 직결되고, 타단이 상기 제3유성기어셋트(PG-3)의 외주를 감싸는 형태로 연장되어 상기 중실축 부재와 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
16. 청구항 13에 있어서,

    상기 제2브레이크(B-2)는 상기 제1유성기어셋트(PG-1)와 상기 제2유성기어셋트(PG-2) 사이에 위치하도록 배치되어, 상기 제2브레이크(B-2)는 상기 제3클러치(C-3)를 매개로 상기 입력축(10)과 가변 연결되는 상기 제2캐리어(C2)와 상기 제3캐리어(C3)에 대해 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 6속 파워 트레인.

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