KR100844489B1 - 자동 변속기의 5속 파워 트레인 - Google Patents

자동 변속기의 5속 파워 트레인 Download PDF

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KR100844489B1
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brake
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김철진
김태훈
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현대 파워텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 전진 5속을 구현하는 파워 트레인의 구조를 변경시켜 3종류의 클러치와 3종류의 브레이크 및 1종류의 원웨이클러치를 각각 마찰요소로 채택함으로써, 마찰요소의 수량 감소에 따른 변속기의 중량 저감과 그에 따라 제조원가의 절감을 도모할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축과; 상기 입력축으로부터 전달받은 구동력을 매개로 동작되는 제1 내지 제3선기어와, 상기 제1 내지 제3선기어에 각각 외접하는 제1 내지 제3피니언을 연결하는 제1 내지 제3캐리어 및, 상기 제1 내지 제3캐리어에 각각 외접하는 제1 내지 제3링기어를 각각의 작동요소로 구비하는 제1 내지 제3유성기어셋트; 상기 제2캐리어를 통해 구동력을 외부로 전달하는 출력축 및; 상기 입력축과 상기 제1 내지 제3유성기어셋트 및 상기 출력축을 수용하는 변속기 케이스를 포함하고; 상기 입력축은 제1클러치를 매개로 상기 제1캐리어와 연결되고; 상기 입력축은 제2클러치를 매개로 상기 제1선기어와 연결되며; 상기 입력축은 제3클러치를 매개로 상기 제2선기어와 연결되고; 상기 입력축은 제3선기어와 직결되며; 상기 제1선기어와 상기 제3링기어는 직결되고, 직결되는 경로상에서 제1브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되며; 상기 제1캐리어와 상기 제2링기어는 직결되고, 직결되는 경로상에서 제2브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되며; 상기 제3캐리어는 제3브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되고; 상기 제1링기어와 상기 제2캐리어 는 상기 출력축과 직결되며; 상기 제2링기어는 원웨이클러치를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동 변속기의 5속 파워 트레인{5-speed power train of automatic transmission}
도 1은 본 발명에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인의 구성을 도식적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인에 대한 각 변속 레인지별 마찰요소의 작동표.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인에서 전진 1속에서 전진 5속으로의 변속과 후진으로의 변속시 각각에 대한 속도 관계를 설명하는 레버선도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 도면으로, 도 1 내지 도 3에 각각 대응되는 도면.
도 7은 종래 자동 변속기의 5속 파워 트레인의 구성을 도식적으로 도시한 도면.
도 8은 종래 자동 변속기의 5속 파워 트레인에 대한 각 변속 레인지별 마찰요소의 작동표.
본 발명은 자동 변속기의 5속 파워 트레인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전진 5속과 후진 1속을 구현하는 파워 트레인에 있어 마찰요소의 수량을 감소하여, 변속기의 중량 및 제조비용을 각각 감소시킬 수 있도록 함과 더불어 2단 스킵 시프트시 발생되는 변속 쇽크를 줄일 수 있도록 하는 자동 변속기의 5속 파워 트레인에 관한 것이다.
일반적으로 자동 변속기의 다단 변속 메커니즘은 복수의 유성기어셋트를 조합하여 구현되고 있으며, 이러한 복수의 유성기어셋트가 조합된 파워 트레인은 자동 변속기에 포함된 토크 컨버터를 통해 엔진의 구동력을 입력받아 이를 적절하게 변속하여 출력축에 전달하는 기능을 수행하게 된다.
이 경우, 자동 변속기의 파워 트레인에는 유성기어셋트의 각 작동요소에 대한 동력의 전달 및 해제를 위한 다양한 종류의 클러치와 브레이크류의 마찰요소가 구비되는 바, 이러한 클러치와 브레이크는 변속시 각각 제어의 대상일 뿐만 아니 라, 변속기의 전체 부피를 결정하는 데 중요한 인자이므로, 클러치와 브레이크의 수량은 유성기어셋트의 수량 만큼이나 자동 변속기에 있어 중량에 따른 연비와 제조비용의 증감을 결정하는 요소이고, 아울러 변속시 발생되는 쇽크의 저감을 위해서도 마찰요소의 수량은 관심의 대상이 되고 있는 실정이다.
종래 전진 5속 및 후진 1속의 자동 변속기의 파워 트레인은 도 7에 도시된 바와 같이, 2개의 싱글피니언 타입의 유성기어셋트(PG1,PG2)를 제1입력축(100)이 위치하는 주변속부에 배치하고, 또 다른 1개의 싱글피니언 타입의 유성기어셋트(PG3)를 제2입력축(200)이 위치하는 부변속부에 배치하며, 이들 사이를 유기적으로 연결함과 더불어, 4종류의 클러치(C1,C2,C3,C4)와 3종류의 브레이크(B1,B2,B3) 및 2종류의 원웨이클러치(OWC1,OWC2)를 각각 적절하게 배치하는 구조로 이루어진다. 이때, 상기 제1입력축(100)과 상기 제2입력축(200)은 상호 이격된 위치에 배치된다.
또한, 상기와 같은 구성의 종래 5속 파워 트레인에 있어 각 변속 레인지별 작동요소는 도 8에 도시된 바와 같고, 이 경우에 있어 각 변속 레인지별 속도관계는 공지의 레버해석을 통해 알 수 있다.
그런데, 상기와 같은 종래 자동 변속기의 5속 파워 트레인에서는 4종류의 클러치(C1,C2,C3,C4)와 3종류의 브레이크(B1,B2,B3) 및 2종류의 원웨이클러치(OWC1,OWC2)를 각각 구비해야 하므로, 마찰요소의 수량 과다에 따른 변속기의 중량 증가 및 제조원가의 측면에서 불리함이 있었다.
특히, 전진 5속(D5)에서 전진 3속(D3)으로의 2단 스킵 시프트시 제2클러치 (C2)는 체결한 상태에서 제4클러치(C4)와 제2브레이크(B2)를 모두 해제하고, 제1클러치(C1)와 제3브레이크(B3)를 동시에 체결해야 하므로, 변속시 제어되는 요소가 4개로 과다할 뿐만 아니라, 서로 다른 두개의 마찰요소를 동시에 해제하고 체결해야 함에 따라 제어가 곤란하고, 이로 인해 변속시 쇽크의 발생이 우려되는 문제가 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 전진 5속을 구현하는 파워 트레인의 구조를 변경시켜 3종류의 클러치와 3종류의 브레이크 및 1종류의 원웨이클러치를 각각 마찰요소로 채택함으로써, 마찰요소의 수량 감소에 따른 변속기의 중량 저감과 그에 따라 제조원가의 절감을 도모할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예는, 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축과;
상기 입력축으로부터 전달받은 구동력을 매개로 동작되는 제1 내지 제3선기어와, 상기 제1 내지 제3선기어에 각각 외접하는 제1 내지 제3피니언을 연결하는 제1 내지 제3캐리어 및, 상기 제1 내지 제3캐리어에 각각 외접하는 제1 내지 제3링기어를 각각의 작동요소로 구비하는 제1 내지 제3유성기어셋트;
상기 제2캐리어를 통해 구동력을 외부로 전달하는 출력축 및;
상기 입력축과 상기 제1 내지 제3유성기어셋트 및 상기 출력축을 수용하는 변속기 케이스를 포함하고;
상기 입력축은 제1클러치를 매개로 상기 제1캐리어와 연결되고;
상기 입력축은 제2클러치를 매개로 상기 제1선기어와 연결되며;
상기 입력축은 제3클러치를 매개로 상기 제2선기어와 연결되고;
상기 입력축은 제3선기어와 직결되며;
상기 제1선기어와 상기 제3링기어는 직결되고, 직결되는 경로상에서 제1브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되며;
상기 제1캐리어와 상기 제2링기어는 직결되고, 직결되는 경로상에서 제2브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되며;
상기 제3캐리어는 제3브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되고;
상기 제1링기어와 상기 제2캐리어는 상기 출력축과 직결되며;
상기 제2링기어는 원웨이클러치를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2실시예는, 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축과;
상기 입력축으로부터 전달받은 구동력을 매개로 동작되는 제1 내지 제3선기어와, 상기 제1 내지 제3선기어에 각각 외접하는 제1 내지 제3피니언을 연결하는 제1 내지 제3캐리어 및, 상기 제1 내지 제3캐리어에 각각 외접하는 제1 내지 제3링기어를 각각의 작동요소로 구비하는 제1 내지 제3유성기어셋트;
상기 제2캐리어를 통해 구동력을 외부로 전달하는 출력축 및;
상기 입력축과 상기 제1 내지 제3유성기어셋트 및 상기 출력축을 수용하는 변속기 케이스를 포함하고;
상기 입력축은 제1클러치를 매개로 상기 제1캐리어와 연결되고;
상기 입력축은 제2클러치를 매개로 상기 제1선기어와 연결되며;
상기 입력축은 제3클러치를 매개로 상기 제2선기어와 연결되고;
상기 입력축은 제3선기어와 직결되며;
상기 제1선기어와 상기 제3링기어는 제4클러치를 매개로 연결되고, 연결되는 경로상에서 제1브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되며;
상기 제1캐리어와 상기 제2링기어는 직결되고, 직결되는 경로상에서 제2브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되며;
상기 제3캐리어는 상기 변속기 케이스에 직결되어 구속되고;
상기 제1링기어와 상기 제2캐리어는 상기 출력축과 직결되며;
상기 제2링기어는 원웨이클러치를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인은 도 1에 도시된 바와 같이, 싱글피니언 타입의 3개의 제1,2,3유성기어셋트에 의한 조합으로 이루어진다.
상기 제1유성기어셋트는 제1선기어(S1)와, 제1캐리어(PC1) 및, 제1링기어 (R1)를 그 작동요소로 포함하고 있다. 상기 제1캐리어(PC1)에는 상기 제1선기어(S1)와 상기 제1링기어(R1)에 각각 외접 및 내접하는 제1피니언(P1)이 연결되어 있다.
상기 제2유성기어셋트는 제2선기어(S2)와, 제2캐리어(PC2) 및, 제2링기어(R2)를 그 작동요소로 포함하고 있다. 상기 제2캐리어(PC2)에는 상기 제2선기어(S2)와 상기 제2링기어(R2)에 각각 외접 및 내접하는 제2피니언(P2)이 연결되어 있다.
상기 제3유성기어셋트는 제3선기어(S3)와, 제3캐리어(PC3) 및, 제3링기어(R3)를 그 작동요소로 포함하고 있다. 상기 제3캐리어(PC3)에는 상기 제3선기어(S3)와 상기 제3링기어(R3)에 각각 외접 및 내접하는 제3피니언(P3)이 연결되어 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 자동 변속기의 파워 트레인은 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축(10)과, 상기 파워 트레인으로부터 동력을 외부로 출력하는 출력축(20) 및, 상기 입/출력축(20)과 파워 트레인을 내부에 수용하는 변속기 케이스(30)를 구비하고 있다.
한편, 본 발명의 파워 트레인에 있어, 제1,2,3유성기어셋트 사이의 구성관계와, 상기 제1,2,3유성기어셋트에 대한 각종 클러치류 및 브레이크류로 이루어지는 마찰요소의 설치관계는 다음과 같다.
상기 입력축(10)은 제1클러치(C1)를 매개로 상기 제1캐리어(PC1)와 연결되고, 상기 입력축(10)은 제2클러치(C2)를 매개로 상기 제1선기어(S1)와 연결되며, 상기 입력축(10)은 제3클러치(C3)를 매개로 상기 제2선기어(S2)와 연결되는 한편, 상기 입력축(10)은 제3선기어(S3)와 직결되어, 상기 제3선기어(S3)는 엔진의 구동에 따라 항상 연동되어 회전하는 입력요소로 작용하게 된다.
상기 제1선기어(S1)와 상기 제3링기어(R3)는 제1브레이크(B1)를 매개로 상기 변속기 케이스(30)에 연결되고, 상기 제1캐리어(PC1)와 제2링기어(R2)는 제2브레이크(B2)를 매개로 상기 변속기 케이스(30)에 연결되며, 상기 제3캐리어(PC3)는 제3브레이크(B3)를 매개로 상기 변속기 케이스(30)에 연결되고, 상기 제1링기어(R1)와 상기 제2캐리어(PC2)는 상기 출력축(20)과 직결되며, 상기 제2링기어(R2)는 원웨이클러치(OWC)를 매개로 상기 변속기 케이스(30)에 연결된다.
이에 따라, 상기 제2캐리어(PC2)는 상기 출력축(20)에 연결되어 파워 트레인으로부터 출력되는 구동력을 외부로 출력하는 출력요소로 작용하게 된다.
이 경우, 상기 제3링기어(R)는 상기 제1선기어(S)에 연결됨과 더불어 이들 사이에 제1브레이크(B)가 설치되어 있으므로, 상기 제1브레이크(B)의 해제시에는 상기 제3링기어(R)의 회전력은 상기 제1유성기어셋트와 제2유성기어셋트 사이의 조합에 의해 최종적으로 제2캐리어(PC2)를 통해 출력되는 회전속도에 영향을 미치게 된다. 반대로, 상기 제1브레이크(B)의 체결시에는 상기 제2캐리어(PC2)를 통해 출력되는 회전속도에 아무런 영향을 미치지 못하게 된다.
아울러, 본 발명의 제1실시예에 따른 자동 변속기의 파워 트레인에서, 상기 제1,2,3유성기어셋트는 입력축(10)과 출력축(20) 사이에서 제3유성기어셋트와 제1유성기어셋트 및 제2유성기어셋트의 순서로 배치된다.
그리고, 상기 다수의 클러치는 입력축(10)과 출력축(20) 사이에서 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2) 및 제3클러치(C3)의 순서로 배치된다.
또한, 상기 다수의 브레이크는 입력축(10)과 출력축(20) 사이에서 제3브레이크(B3)와 제1브레이크(B1) 및 제2브레이크(B2), 그리고 원웨이클러치(OWC)의 순서로 배치된다.
아울러, 상기 입력축(10)과 상기 출력축(20)은 동축상으로 상호 이격되어 배치된다.
그리고, 상기 제1선기어(S1)와 상기 제2선기어(S2)는 각각 상기 입력축(10)의 외주에 공회전이 자유롭게 설치된다.
또한, 상기 제1캐리어(PC1)는 상기 입력축(10)의 외주에 동축상으로 설치된 제1중공축 부재(40)에 연결되고, 상기 제1중공축 부재(40)와 상기 입력축(10) 사이에 상기 제1클러치(C1)가 설치되며, 상기 제1선기어(S1)는 상기 제1중공축 부재(40)의 외주에 동축상으로 설치된 제2중공축 부재(50)에 연결되고, 상기 제2중공축 부재(50)와 상기 입력축(10) 사이에 상기 제2클러치(C2)가 설치된다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인을 각 변속 레인지별로 작동시키기 위한 작동표이다.
전진 1속(D1)에서는 제3클러치(C3)와 제2브레이크(B2) 및 원웨이클러치(OWC)를 각각 작동시킨다.
전진 2속(D2)에서는 제3클러치(C3)와 제3브레이크(B3)를 각각 작동시킨다.
전진 3속(D3)에서는 제3클러치(C3)와 제1브레이크(B1)를 각각 작동시킨다.
전진 4속(D4)에서는 제1클러치(C1)와 제3클러치(C3)를 각각 작동시킨다.
전진 5속(D5)에서는 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)를 각각 작동시킨다.
또한, 후진에서는 제2클러치(C2)와 제2브레이크(B2)를 각각 작동시킨다.
이 경우에 있어, 상기 각종 클러치류와 브레이크류의 작동은 유압에 의한 작동력에 의해 이루어짐은 공지의 사실이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인에서 각 변속 레인지별 변속의 과정을 상세히 설명한다.
먼저, 1단 업 시프트시의 변속은 다음과 같다.
전진 1속(D1)에서 전진 2속(D2)으로 변속시 제3클러치(C3)를 체결한 상태에서 제2브레이크(B2)를 해제하고 제3브레이크(B3)를 체결한다. 이 경우 원웨이클러치(OWC)는 별도의 제어없이 자동으로 반력을 제공한다.
전진 2속(D2)에서 전진 3속(D3)으로 변속시 제3클러치(C3)를 체결한 상태에서 제3브레이크(B3)를 해제하고 제1브레이크(B1)를 체결한다.
전진 3속(D3)에서 전진 4속(D4)으로 변속시 제3클러치(C3)를 체결한 상태에서 제1브레이크(B1)를 해제하고 제1클러치(C1)를 체결한다.
전진 4속(D4)에서 전진 5속(D5)으로 변속시 제1클러치(C1)를 체결한 상태에서 제3클러치(C3)를 해제하고 제1브레이크(B1)를 체결한다.
그리고, 1단 다운 시프트시의 변속은 상기 업 시프트의 역순과 동일하므로, 기재를 생략하기로 한다.
또한, 2단 스킵 시프트시의 변속은 다음과 같다.
전진 5속(D5)에서 전진 3속(D3)으로 변속시 제1브레이크(B1)를 체결한 상태에서 제1클러치(C1)를 해제하고 제3클러치(C3)를 체결한다.
전진 4속(D4)에서 전진 2속(D2)으로 변속시 제3클러치(C3)를 체결한 상태에서 제1클러치(C1)를 해제하고 제3브레이크(B3)를 체결한다.
전진 3속(D3)에서 전진 1속(D1)으로 변속시 제3클러치(C3)를 체결한 상태에서 제1브레이크(B1)를 해제하고 제2브레이크(B2)를 체결한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인에서 전진 1속(D1)에서 전진 5속(D5)으로의 변속과 후진으로의 변속시 각각에 대한 속도 관계를 설명하는 레버선도이다.
도 3에 도시된 레버선도에서 각 변속 레인지별로 출력되는 속도의 변화는 도 2에 도시된 작동표에 근거하여 해석되고, 이때의 변속 과정은 상기 언급한 각 변속 레인지별 작동요소의 체결과 해제에 따라 이루어짐은 물론이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인은 3개의 싱글피니언 유성기어셋트를 조합하되, 제1캐리어(PC1)와 제2링기어(R2) 및, 제1링기어(R1)와 제2캐리어(PC2)가 각각 고정적으로 연결되므로 7개의 노드로 표시된다.
이에 따라, 제1노드(N1)는 제3선기어(S3), 제2노드(N2)는 제3캐리어(PC3), 제3노드(N3)는 제3링기어(R3), 제4노드(N4)는 제1선기어(S1), 제5노드(N5)는 제1캐리어(PC1)와 제2링기어(R2), 제6노드(N6)는 제1링기어(R1)와 제2캐리어(PC2), 제7노드(N7)는 제2선기어(S2)로 각각 설정된다.
전술한 바와 같이, 제3선기어(S3)가 형성하는 제1노드(N1)는 입력축(10)에 직결되므로 항시 입력요소로 작용하고, 제1링기어(R1)와 제2캐리어(PC2)가 형성하는 제6노드(N6)는 출력축(20)에 직결되므로 항시 출력요소로 작용하게 된다.
이 경우, 제1캐리어(PC1)는 제1클러치(C1)를 매개로 입력축(10)과 연결되고, 제1선기어(S1)는 제2클러치(C2)를 매개로 입력축(10)과 연결되며, 제2선기어(S2)는 제3클러치(C3)를 매개로 입력축(10)과 연결되는 한편, 상기 제1선기어(S1)는 상기 제3링기어(R3)와 직접 연결된다.
또한, 제1선기어(S1)와 제3링기어(R3)는 제1브레이크(B1)를 매개로 변속기 케이스(30)와 연결되고, 제1캐리어(PC1)와 제2링기어(R2)는 제2브레이크(B2)를 매개로 변속기 케이스(30)와 연결되며, 제3캐리어(PC3)는 제3브레이크(B3)를 매개로 변속기 케이스(30)와 연결되는 한편, 제2링기어(R2)는 원웨이클러치(OWC)를 매개로 변속기 케이스(30)와 연결된다.
이하에서 본 발명의 제1실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인이 각 변속 레인지를 형성하는 과정을 도 2와 도 3을 참조로 하여 상세히 설명한다.
전진 1속(D1)에서는 제3클러치(C3)와 제2브레이크(B2)가 각각 체결되므로, 제7노드(N7)를 통한 입력속도는 제5노드(N5)에서 정지하게 되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 전진 1속(D1) 만큼의 회전속도로 출력된다.
전진 2속(D2)에서는 제3클러치(C3)와 제3브레이크(B3)가 각각 체결되므로, 제7노드(N7)를 통한 입력속도는 제2노드(N2)에서 정지하게 되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 전진 2속(D2) 만큼의 회전속도로 출력된다.
전진 3속(D3)에서는 제3클러치(C3)와 제1브레이크(B1)가 각각 체결되므로, 제7노드(N7)를 통한 입력속도는 제4노드(N4)에서 정지하게 되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 전진 3속(D3) 만큼의 회전속도로 출력된다.
이에 따라, 전진 1속(D1) 내지 전진 3속(D3)에서의 회전속도는 출력축(20)의 회전속도가 입력축(10)의 회전속도에 비해 낮은 언더 드라이브의 상태가 된다.
전진 4속(D4)에서는 제1클러치(C1)와 제3클러치(C3)가 각각 체결되므로, 제4노드(N4)와 제7노드(N7)를 통해 입력속도는 동시에 입력되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 전진 4속(D4) 만큼의 회전속도로 출력된다.
이에 따라, 전진 4속(D4)에서의 회전속도는 입력축(10)과 출력축(20)이 각각 1:1로 동일한 상태가 된다.
전진 5속(D5)에서는 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)가 각각 체결되므로, 제5노드(N5)를 통한 입력속도는 제4노드(N4)에서 정지하게 되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 전진 5속(D5) 만큼의 회전속도로 출력된다. 이때 회전속도는 오버 드라이브의 상태가 된다.
이에 따라, 전진 5속(D5)에서의 회전속도는 입력축(10)의 회전속도에 비해 출력축(20)의 회전속도가 증가된 오버 드라이브 상태가 된다.
후진에서는 제2클러치(C2)와 제2브레이크(B2)가 각각 체결되므로, 제4노드(N4)를 통한 입력속도는 제5노드(N5)에서 정지하게 되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 역전된 상태로 출력된다.
한편, 본 발명의 제2실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1실시예에서와 동일하게 싱글피니언 타입의 제1,2,3유성기어셋트에 의한 조합으로 이루어 지고, 또한, 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축(10)과, 상기 파워 트레인으로부터 동력을 외부로 출력하는 출력축(20) 및, 상기 입/출력축(20)과 파워 트레인을 내부에 수용하는 변속기 케이스(30)를 구비하고 있다.
상기 입력축(10)은 제1클러치(C1)를 매개로 상기 제1캐리어(PC1)와 연결되고, 상기 입력축(10)은 제2클러치(C2)를 매개로 상기 제1선기어(S1)와 연결되며, 상기 입력축(10)은 제3클러치(C3)를 매개로 상기 제2선기어(S2)와 연결되는 한편, 상기 입력축(10)은 제3선기어(S3)와 직결되어, 상기 제3선기어(S3)는 엔진의 구동에 따라 항상 연동되어 회전하는 입력요소로 작용하게 된다.
상기 제1선기어(S1)와 상기 제3링기어(R3)는 제1브레이크(B1)를 매개로 상기 변속기 케이스(30)에 연결됨과 동시에 제4클러치(C4)를 매개로 상호 연결되고, 상기 제1캐리어(PC1)와 제2링기어(R2)는 제2브레이크(B2)를 매개로 상기 변속기 케이스(30)에 연결되며, 상기 제3캐리어(PC3)는 상기 변속기 케이스(30)에 직결되어 구속되고, 상기 제1링기어(R1)와 상기 제2캐리어(PC2)는 상기 출력축(20)과 직결되며, 상기 제2링기어(R2)는 원웨이클러치(OWC)를 매개로 상기 변속기 케이스(30)에 연결된다.
이에 따라, 상기 제2캐리어(PC2)는 상기 출력축(20)에 연결되어 파워 트레인으로부터 출력되는 구동력을 외부로 출력하는 출력요소로 작용하게 된다.
이 경우, 상기 제4클러치(C4)는 체결시 상기 제3링기어(R3)의 회전력이 상기 제1선기어(S1)에 전달되어, 상기 제1유성기어셋트와 제2유성기어셋트 사이의 조합에 의해 최종적으로 제2캐리어(PC2)를 통해 출력되는 회전속도에 영향을 미치게 된 다. 반대로, 상기 제4클러치(C4)는 해제시에는 상기 제2캐리어(PC2)를 통해 출력되는 회전속도에 아무런 영향을 미치지 못하게 된다.
아울러, 본 발명의 제2실시예에 따른 자동 변속기의 파워 트레인에서, 상기 제1,2,3유성기어셋트의 배치는 제1실시예에서와 동일하게 입력축(10)과 출력축(20) 사이에서 제3유성기어셋트와 제1유성기어셋트 및 제2유성기어셋트의 순서로 배치된다.
그리고, 상기 다수의 클러치는 입력축(10)과 출력축(20) 사이에서 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2) 및 제4클러치(C4), 그리고 제3클러치(C3)의 순서로 배치된다.
또한, 상기 다수의 브레이크는 입력축(10)과 출력축(20) 사이에서 제1브레이크(B1)와 제2브레이크(B2) 및 원웨이클러치(OWC)의 순서로 배치된다.
아울러, 상기 입력축(10)과 상기 출력축(20)은 동축상으로 상호 이격되어 배치된다.
그리고, 상기 제1선기어(S1)와 상기 제2선기어(S2)는 각각 상기 입력축(10)의 외주에 공회전이 자유롭게 설치된다.
또한, 상기 제1캐리어(PC1)는 상기 입력축(10)의 외주에 동축상으로 설치된 제1중공축 부재(40)에 연결되고, 상기 제1중공축 부재(40)와 상기 입력축(10) 사이에 상기 제1클러치(C1)가 설치되며, 상기 제1선기어(S1)는 상기 제1중공축 부재(40)의 외주에 동축상으로 설치된 제2중공축 부재(50)에 연결되고, 상기 제2중공축 부재(50)와 상기 입력축(10) 사이에 상기 제2클러치(C2)가 설치된다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인을 각 변속 레인지별로 작동시키기 위한 작동표이다.
전진 1속(D1)에서는 제3클러치(C3)와 제2브레이크(B2) 및 원웨이클러치(OWC)를 각각 작동시킨다.
전진 2속(D2)에서는 제3클러치(C3)와 제4클러치(C4)를 각각 작동시킨다.
전진 3속(D3)에서는 제3클러치(C3)와 제1브레이크(B1)를 각각 작동시킨다.
전진 4속(D4)에서는 제1클러치(C1)와 제3클러치(C3)를 각각 작동시킨다.
전진 5속(D5)에서는 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)를 각각 작동시킨다.
또한, 후진에서는 제2클러치(C2)와 제2브레이크(B2)를 각각 작동시킨다.
이 경우에 있어, 상기 각종 클러치류와 브레이크류의 작동은 유압에 의한 작동력에 의해 이루어짐은 공지의 사실이다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인에서 각 변속 레인지별 변속의 과정을 상세히 설명한다.
먼저, 1단 업 시프트시의 변속은 다음과 같다.
전진 1속(D1)에서 전진 2속(D2)으로 변속시 제3클러치(C3)를 체결한 상태에서 제2브레이크(B2)를 해제하고 제4클러치(C4)를 체결한다. 이 경우 원웨이클러치(OWC)는 별도의 제어없이 자동으로 반력을 제공한다.
전진 2속(D2)에서 전진 3속(D3)으로 변속시 제3클러치(C3)를 체결한 상태에서 제4클러치(C4)를 해제하고 제1브레이크(B1)를 체결한다.
전진 3속(D3)에서 전진 4속(D4)으로 변속시 제3클러치(C3)를 체결한 상태에 서 제1브레이크(B1)를 해제하고 제1클러치(C1)를 체결한다.
전진 4속(D4)에서 전진 5속(D5)으로 변속시 제1클러치(C1)를 체결한 상태에서 제3클러치(C3)를 해제하고 제1브레이크(B1)를 체결한다.
그리고, 1단 다운 시프트시의 변속은 상기 업 시프트의 역순과 동일하므로, 기재를 생략하기로 한다.
또한, 2단 스킵 시프트시의 변속은 다음과 같다.
전진 5속(D5)에서 전진 3속(D3)으로 변속시 제1브레이크(B1)를 체결한 상태에서 제1클러치(C1)를 해제하고 제3클러치(C3)를 체결한다.
전진 4속(D4)에서 전진 2속(D2)으로 변속시 제3클러치(C3)를 체결한 상태에서 제1클러치(C1)를 해제하고 제4클러치(C4)를 체결한다.
전진 3속(D3)에서 전진 1속(D1)으로 변속시 제3클러치(C3)를 체결한 상태에서 제1브레이크(B1)를 해제하고 제2브레이크(B2)를 체결한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인에서 전진 1속(D1)에서 전진 5속(D5)으로의 변속과 후진으로의 변속시 각각에 대한 속도 관계를 설명하는 레버선도이다.
도 6에 도시된 레버선도에서 각 변속 레인지별로 출력되는 속도의 변화는 도 5에 도시된 작동표에 근거하여 해석되고, 이때의 변속 과정은 상기 언급한 각 변속 레인지별 작동요소의 체결과 해제에 따라 이루어짐은 물론이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인은 3개의 싱글피니언 유성기어셋트를 조합하되, 제1캐리어(PC1)와 제2링기어(R2) 및, 제1링기어 (R1)와 제2캐리어(PC2)가 각각 고정적으로 연결되므로 7개의 노드로 표시된다.
이에 따라, 제1노드(N1)는 제3선기어(S3), 제2노드(N2)는 제3캐리어(PC3), 제3노드(N3)는 제3링기어(R3), 제4노드(N4)는 제1선기어(S1), 제5노드(N5)는 제1캐리어(PC1)와 제2링기어(R2), 제6노드(N6)는 제1링기어(R1)와 제2캐리어(PC2), 제7노드(N7)는 제2선기어(S2)로 각각 설정된다.
전술한 바와 같이, 제3선기어(S3)가 형성하는 제1노드(N1)는 입력축(10)에 직결되므로 항시 입력요소로 작용하고, 제1링기어(R1)와 제2캐리어(PC2)가 형성하는 제6노드(N6)는 출력축(20)에 직결되므로 항시 출력요소로 작용하게 된다.
이 경우, 제1캐리어(PC1)는 제1클러치(C1)를 매개로 입력축(10)과 연결되고, 제1선기어(S1)는 제2클러치(C2)를 매개로 입력축(10)과 연결되며, 제2선기어(S2)는 제3클러치(C3)를 매개로 입력축(10)과 연결되는 한편, 제1선기어(S1)는 제4클러치(C4)를 매개로 제3링기어(R3)와 연결된다.
또한, 제1선기어(S1)와 제3링기어(R3)는 제1브레이크(B1)를 매개로 변속기 케이스(30)와 연결되고, 제1캐리어(PC1)와 제2링기어(R2)는 제2브레이크(B2)를 매개로 변속기 케이스(30)와 연결되며, 제3캐리어(PC3)는 변속기 케이스(30)에 직결되어 고정되는 한편, 제2링기어(R2)는 원웨이클러치(OWC)를 매개로 변속기 케이스(30)와 연결된다.
이하에서 본 발명의 제2실시예에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인이 각 변속 레인지를 형성하는 과정을 도 5와 도 6을 참조로 하여 상세히 설명한다.
전진 1속(D1)에서는 제3클러치(C3)와 제2브레이크(B2)가 각각 체결되므로, 제7노드(N7)를 통한 입력속도는 제5노드(N5)에서 정지하게 되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 전진 1속(D1) 만큼의 회전속도로 출력된다.
전진 2속(D2)에서는 제3클러치(C3)와 제4클러치(C4)가 각각 체결되는 데, 이때 제3캐리어(PC3)가 변속기 케이스(30)에 직결되어 고정되어 있으므로, 제7노드(N7)를 통한 입력속도는 제2노드(N2)에서 정지하게 되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 전진 2속(D2) 만큼의 회전속도로 출력된다.
전진 3속(D3)에서는 제3클러치(C3)와 제1브레이크(B1)가 각각 체결되므로, 제7노드(N7)를 통한 입력속도는 제4노드(N4)에서 정지하게 되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 전진 3속(D3) 만큼의 회전속도로 출력된다.
이에 따라, 전진 1속(D1) 내지 전진 3속(D3)에서의 회전속도는 출력축(20)의 회전속도가 입력축(10)의 회전속도에 비해 낮은 언더 드라이브의 상태가 된다.
전진 4속(D4)에서는 제1클러치(C1)와 제3클러치(C3)가 각각 체결되므로, 제4노드(N4)와 제7노드(N7)를 통해 입력속도는 동시에 입력되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 전진 4속(D4) 만큼의 회전속도로 출력된다.
이에 따라, 전진 4속(D4)에서의 회전속도는 입력축(10)과 출력축(20)이 각각 1:1로 동일한 상태가 된다.
전진 5속(D5)에서는 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)가 각각 체결되므로, 제5노드(N5)를 통한 입력속도는 제4노드(N4)에서 정지하게 되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 전진 5속(D5) 만큼의 회전속도로 출력된다. 이때 회전속도는 오버 드라이브의 상태가 된다.
이에 따라, 전진 5속(D5)에서의 회전속도는 입력축(10)의 회전속도에 비해 출력축(20)의 회전속도가 증가된 오버 드라이브 상태가 된다.
후진에서는 제2클러치(C2)와 제2브레이크(B2)가 각각 체결되므로, 제4노드(N4)를 통한 입력속도는 제5노드(N5)에서 정지하게 되어 출력요소인 제6노드(N6)를 통해 역전된 상태로 출력된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동 변속기의 5속 파워 트레인에 의하면, 전진 5속 및 후진 1속을 각각 구현함에 있어, 3종류의 클러치와 3종류의 브레이크 및 1종류의 원웨이클러치를 각각 마찰요소로 채택함으로써 종래 전진 5속 및 후진 1속의 파워 트레인에 비해 클러치와 원웨이클러치를 각각 1종류씩 축소하거나, 또는 4종류의 클러치와 2종류의 브레이크 및 1종류의 원웨이클러치를 각각 마찰요소로 채택함으로써 종래 전진 5속 및 후진 1속의 파워 트레인에 비해 브레이크와 원웨이클러치를 각각 1종류씩 축소할 수 있으므로, 변속기의 전체 중량이 감소될 수 있고, 그에 따른 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.
그리고, 전진 5속에서 전진 3속으로의 2단 스킵 시프트시 하나의 마찰요소를 체결한 상태에서 다른 하나의 마찰요소만을 체결함과 더불어 또 다른 하나의 마찰요소만을 해제하는 제어가 가능해 지므로, 변속 제어가 용이할 뿐만 아니라, 이로 인해 변속시 발생되는 쇽크도 크게 줄일 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축과;
    상기 입력축으로부터 전달받은 구동력을 매개로 동작되는 제1 내지 제3선기어와, 상기 제1 내지 제3선기어에 각각 외접하는 제1 내지 제3피니언을 연결하는 제1 내지 제3캐리어 및, 상기 제1 내지 제3캐리어에 각각 외접하는 제1 내지 제3링기어를 각각의 작동요소로 구비하는 제1 내지 제3유성기어셋트;
    상기 제2캐리어를 통해 구동력을 외부로 전달하는 출력축 및;
    상기 입력축과 상기 제1 내지 제3유성기어셋트 및 상기 출력축을 수용하는 변속기 케이스를 포함하고;
    상기 입력축은 제1클러치를 매개로 상기 제1캐리어와 연결되고;
    상기 입력축은 제2클러치를 매개로 상기 제1선기어와 연결되며;
    상기 입력축은 제3클러치를 매개로 상기 제2선기어와 연결되고;
    상기 입력축은 제3선기어와 직결되며;
    상기 제1선기어와 상기 제3링기어는 직결되고, 직결되는 경로상에서 제1브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되며;
    상기 제1캐리어와 상기 제2링기어는 직결되고, 직결되는 경로상에서 제2브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되며;
    상기 제3캐리어는 제3브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되고;
    상기 제1링기어와 상기 제2캐리어는 상기 출력축과 직결되며;
    상기 제2링기어는 원웨이클러치를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되어 구성되는 자동 변속기의 5속 파워 트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력축과 상기 출력축은 동축상으로 상호 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 5속 파워 트레인.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1선기어와 상기 제2선기어는 각각 상기 입력축의 외주에 공회전이 자유롭게 설치되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 5속 파워 트레인.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1캐리어는 상기 입력축의 외주에 동축상으로 설치된 제1중공축 부재에 연결되고, 상기 제1중공축 부재와 상기 입력축 사이에 상기 제1클러치가 설치되며, 상기 제1선기어는 상기 제1중공축 부재의 외주에 동축상으로 설치된 제2중공축 부재에 연결되고, 상기 제2중공축 부재와 상기 입력축 사이에 상기 제2클러치가 설치되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 5속 파워 트레인.
  5. 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축과;
    상기 입력축으로부터 전달받은 구동력을 매개로 동작되는 제1 내지 제3선기어와, 상기 제1 내지 제3선기어에 각각 외접하는 제1 내지 제3피니언을 연결하는 제1 내지 제3캐리어 및, 상기 제1 내지 제3캐리어에 각각 외접하는 제1 내지 제3링기어를 각각의 작동요소로 구비하는 제1 내지 제3유성기어셋트;
    상기 제2캐리어를 통해 구동력을 외부로 전달하는 출력축 및;
    상기 입력축과 상기 제1 내지 제3유성기어셋트 및 상기 출력축을 수용하는 변속기 케이스를 포함하고;
    상기 입력축은 제1클러치를 매개로 상기 제1캐리어와 연결되고;
    상기 입력축은 제2클러치를 매개로 상기 제1선기어와 연결되며;
    상기 입력축은 제3클러치를 매개로 상기 제2선기어와 연결되고;
    상기 입력축은 제3선기어와 직결되며;
    상기 제1선기어와 상기 제3링기어는 제4클러치를 매개로 연결되고, 연결되는 경로상에서 제1브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되며;
    상기 제1캐리어와 상기 제2링기어는 직결되고, 직결되는 경로상에서 제2브레이크를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되며;
    상기 제3캐리어는 상기 변속기 케이스에 직결되어 구속되고;
    상기 제1링기어와 상기 제2캐리어는 상기 출력축과 직결되며;
    상기 제2링기어는 원웨이클러치를 매개로 상기 변속기 케이스에 연결되어 구성되는 자동 변속기의 5속 파워 트레인.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 입력축과 상기 출력축은 동축상으로 상호 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 5속 파워 트레인.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1선기어와 상기 제2선기어는 각각 상기 입력축의 외주에 공회전이 자유롭게 설치되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 5속 파워 트레인.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1캐리어는 상기 입력축의 외주에 동축상으로 설치된 제1중공축 부재에 연결되고, 상기 제1중공축 부재와 상기 입력축 사이에 상기 제1클러치가 설치되며, 상기 제1선기어는 상기 제1중공축 부재의 외주에 동축상으로 설치된 제2중공축 부재에 연결되고, 상기 제2중공축 부재와 상기 입력축 사이에 상기 제2클러치가 설치되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 5속 파워 트레인.
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