KR100887966B1 - 차량용 자동 변속기의 기어 트레인 - Google Patents

Abstract

1개의 단순 유성기어셋트와 1개의 복합 유성기어셋트를 3개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 전진 6속과 후진 1속을 구현하되, 각 변속단에서 2개의 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어지도록 함으로써, 오일펌프의 용량 축소와 유압 제어효율을 높일 수 있도록 한 차량용 자동변속기의 기어 트레인을 제공할 목적으로;

3개의 회전요소를 구비하는 단순 유성기어셋트로서, 항시 입력요소로 작동할 수 있도록 입력축과 직접적으로 연결되어 입력 경로를 형성하는 제1 회전요소와, 출력요소로서 감속 및 동속 출력이 이루어지는 제1 중간 출력경로를 형성하는 제2 회전요소와, 출력요소로서 감속 및 동속 출력이 이루어지는 제2 중간 출력경로를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제3 작동요소를 포함하는 제1 유성기어셋트와;

4개의 회전요소를 구비하는 복합 유성기어셋트로서, 상기 제1 중간 출력경로와 직접적으로 연결되어 중간 입력경로를 형성하는 제4 회전요소와, 입력축과 가변적으로 연결되거나 상기 제2 중간 출력경로와 가변적으로 연결되면서 가변 중간 입력경로를 형성하는 제5 회전요소와, 출력축과 연결되면서 최종 출력경로를 형성하는 제6 회전요소와, 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 변속기 하우징과 가변적으로 연결되는 제7 회전요소를 포함하는 제2 유성기어셋트의 조합으로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다

유성기어셋트, 선기어, 유성 캐리어, 링기어, 클러치, 브레이크

Description

차량용 자동 변속기의 기어 트레인{GEAR TRAIN IN AN AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 1개의 단순 유성기어셋트와 1개의 복합 유성기어셋트를 3개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 전진 6속의 변속단을 구현할 수 있도록 차량용 자동 변속기의 기어 트레인에 관한 것이다.

차량용 자동 변속기는 차량의 적소에 배치된 검출수단으로부터 차량의 운전 상태를 검출하고, 이를 근거로 하여 트랜스밋션 제어유닛(TCU)에서 자동으로 유성기어셋트의 조합으로 이루어져 있는 파워 트레인을 작동 제어하여 자동으로 변속을 수행하도록 구성되어 있다.

이에 따라 자동 변속기에 적용되는 파워 트레인은 동력 성능 및 연료 소비율의 향상을 위해서 보다 많은 변속단을 구현할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

그리고 동일 수의 변속단을 구현하더라도 유성기어셋트의 조합 방법에 따라 내구성 및 동력 전달 효율, 그리고 크기 및 중량 등이 크게 달라지기 때문에, 보다 견고하고 동력 손실을 최소화하면서도 컴팩트화 할 수 있는 파워 트레인의 개발을 위한 노력이 계속되고 있다.

이와 같이 유성기어셋트를 이용하는 파워 트레인을 개발함에 있어서는 새로운 유성기어셋트를 개발하는 것이 아니라, 기존에 나와 있는 단순 유성기어셋트와, 복합 유성기어셋트를 어떤 방식으로 조합하고, 이에 수반되는 클러치와 브레이크, 그리고 원웨이 클러치를 어느 위치에 몇 개를 배치하여 가능한 동력 손실이 없이 원하는 변속단과 이에 따르는 변속비를 구현하는데 그 목표를 두고 다양한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

특히, 수동 변속기의 경우에는 변속단이 지나치게 많으면 운전자가 자주 변속을 해주어야 하는 불편함이 있으나, 자동 변속기의 경우에 있어서는 운전 상태에 따라 자동으로 변속이 이루어지게 되는 바, 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 파워 트레인을 개발하는 것은 매우 중요한 가치가 있다고 할 수 있다.

이러한 추세에 부응하기 위하여, 최근에는 전진 6속 이상의 변속단을 구현할 수 있는 파워 트레인의 연구가 다양하게 진행되고 있다.

그 일례로서는 도 4에서와 같이, 3개의 싱글 피니언 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)를 조합하되, 제1 유성 캐리어(102)와 제2 링기어(104)가 연결되고, 제2 유성 캐리어(106)와 제3 링기어(108)와 연결되며, 제1 링기어(110)와 제3 유성 캐리어(112)가 연결된다.

그리고 제2 선기어(114)는 입력축(100)과 직접 연결되며, 제1 선기어(116)는 제1 클러치(C1)를 개재시켜 입력축(100)과 가변적으로 연결되고, 제 1 유성 캐리어(102)는 제2 클러치(C2)를 개재시켜 입력축(100)과 가변적으로 연결된다.

또한, 제3 선기어(118)는 제1 브레이크(B1)를 개재시켜 하우징(120)과 연결되고, 제1 유성 캐리어(102)와 제1 선기어(116)는 각각 제2, 3 브레이크(B2)(B3)를 개재시켜 하우징(120)과 연결되며, 제3 유성 캐리어(112)는 출력기어(122)가 자착되어 출력요소로 작동하게 된다.

이러한 파워 트레인은 도 5에서와 같이, 전진 제1속에서는 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동하고, 제2 속에서는 제1, 3 브레이크(B1)(B3)가 작동하며, 제3속에서는 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)가 작동하고, 제4속에서는 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)가 작동하며, 제5속에서는 제1, 2 클러치(C1)(C2)가 작동하고, 제6속에서는 제2 클러치(C2)와 제3 브레이크(B3)가 작동하며, 후진 변속단에서는 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 작동하면서 전진 6속과 후진 1속의 변속단을 구현하게 된다.

그러나 상기와 같은 파워 트레인에 있어서는 클러치 및 브레이크가 모두 변속기 후방에 배치되어 있는바, 작동 유로의 형성에 불리하다는 문제점을 내포하고 있다.

그리고 후진 변속비가 작아 후진 등판 성능이 불리하며, 2단과 3단 사이의 단간비가 크기 때문에 저속 영역의 시내 주형 영역에서 팁인 충격이 크고, 전진 1속의 변속비가 크기 때문에 발진시 타이어 슬립이 발생하며, 최고 변속단에서 기어비가 낮아 구동력이 좋지 않다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 1개의 단순 유성기어셋트와 1개의 복합 유성기어셋트를 3개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 전진 6속과 후진 1속을 구현하되, 각 변속단에서 2개의 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어지도록 함으로써, 오일펌프의 용량 축소와 유압 제어효율을 높일 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공함에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 3개의 회전요소를 구비하는 단순 유성기어셋트로서, 항시 입력요소로 작동할 수 있도록 입력축과 직접적으로 연결되어 입력 경로를 형성하는 제1 회전요소와, 출력요소로서 감속 및 동속 출력이 이루어지는 제1 중간 출력경로를 형성하는 제2 회전요소와, 출력요소로서 감속 및 동속 출력이 이루어지는 제2 중간 출력경로를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제3 작동요소를 포함하는 제1 유성기어셋트와;

4개의 회전요소를 구비하는 복합 유성기어셋트로서, 상기 제1 중간 출력경로와 직접적으로 연결되어 중간 입력경로를 형성하는 제4 회전요소와, 입력축과 가변적으로 연결되거나 상기 제2 중간 출력경로와 가변적으로 연결되면서 가변 중간 입력경로를 형성하는 제5 회전요소와, 출력축과 연결되면서 최종 출력경로를 형성하는 제6 회전요소와, 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 변속기 하우징과 가변적으로 연결되는 제7 회전요소를 포함하는 제2 유성기어셋트의 조합으로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다.

상기에서 제1 유성기어셋트는 더블 피니언 유성기어셋트로서, 제1 회전요소는 제1 선기어, 제2 회전요소는 제1 링기어, 제3 회전요소는 제1 유성 캐리어로 이루어지고, 제2 유성기어셋트는 싱글 피니언 유성기어셋트와 더블 피니언 유성기어셋트의 조합으로 이루어지되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하는 래비뉴 타입 복합유성기어셋트로서, 제4 회전요소는 숏 피니언과 치합되는 제2 선기어, 제5 회전요소는 제2 링기어, 제6 회전요소는 제2 유성 캐리어, 제7 회전요소는 롱 피니언과 치합되는 제3 선기어로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기의 제1,2 유성기어셋트는 3개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하되,

제1 회전요소를 입력축과 직접 연결하고, 제2 회전요소와 제4 회전요소를 직접 연결하며, 제6 회전요소를 출력기어와 연결한 상태에서,

제2, 3 회전요소가 제1 클러치에 의하여 가변 연결되고, 입력축과 제5 회전요소가 제2 클러치에 의하여 가변 연결되며, 제3 회전요소와 제5 회전요소가 제3 클러치에 의하여 가변 연결되고, 제3 작동요소가 제1 브레이크에 의하여 변속기 하우징에 가변 연결되며, 제7 작동요소가 제2 브레이크에 의하여 변속기 하우징에 가변 연결됨을 특징으로 한다.

상기에서 제1 클러치와 제2 브레이크는 제1 유성기어셋트의 전방(토크 컨버터측)에 배치되고, 제2, 3 클러치와 제2 브레이크는 제1, 2 유성기어셋트 사이에 배치된다.

상기와 같은 기어 트레인에 있어서는 전진 1속에서 제1, 2 브레이크가 작동되고, 전진 2속에서 제2 브레이크와 제3 클러치가 작동되며, 전진 3속에서 제2 브 레이크와 제1 클러치가 작동되고, 전진 4속에서 제2 브레이크와 제2 클러치가 작동되며, 전진 5속에서 제1,2 클러치가 작동되고, 전진 6속에서 제1 브레이크와 제2 클러치가 작동되며, 후진 변속단에서 제1 브레이크와 제3 클러치가 작동된다.

상기와 같이 본 발명의 기어 트레인은 1개의 단순 유성기어셋트와 1개의 복합 유성기어셋트를 2개의 클러치와 3개의 브레이크로 조합하여 전진 6속과 후진 1속을 구현할 수 있게 된다.

그리고 5개의 마찰부재를 적용함으로써, 자동 변속기 내부 구성을 컴팩트화 할 수 있으며, 각 변속단에서 2개의 마찰부재가 작동하면서 변속이 이루어지도록 함으로써, 오일펌프의 용량 축소와 유압 제어효율을 높일 수 있는 발명인 것이다.

또한, 마찰부재의 분할 배치로 인하여 균형감을 높일 수 있으며, 유로의 구성을 용이하게 할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 파워 트레인의 일 실시예를 도시한 것으로서, 본 발명의 기어 트레인은 동일축선상에 배치되는 제1, 2 유성기어세트(PG1)(PG2)와, 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)로 이루어지는 클러치 수단과, 그리고 2개의 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 브레이크 수단을 포함하여 이루어진다.

이에 따라 입력축(IS)으로부터 입력되는 회전이 상기 제1, 2 유성기어셋 트(PG1)(PG2)를 거치면서 변속되어 출력축(OS)를 통해 출력되는데, 상기 제1 유성기어셋트(PG1)가 엔진측으로 배치되고, 제2 유성기어셋트(PG2)가 상기 제1 유성기어셋트(PG1)의 후측에 배치된다.

상기에서 입력축(IS)은 입력부재로서 토크 컨버터의 터빈축을 의미하며, 이는 엔진의 크랭크 축으로부터의 회전 동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어지면서 입력되고, 출력축(OS)은 출력부재로서 출력기어(OG)를 거쳐 공지의 차동장치를 통해 좌우 구동륜을 구동시키게 된다.

상기 제1 유성기어셋트(PG1)에서는 입력경로(IP)로 입력되는 회전동력이 선택적으로 제1,2 중간 출력경로(MOP1)(MOP2)를 통해 감속 및 선택적으로 직결의 상태가 되면서 동속 출력이 이루어지게 된다.

이를 위하여 제1 유성기어셋트(PG1)는 2개의 피니언을 보유하는 더블 피니언 유성기어셋트로서, 제1 선기어(S1)로 이루어지는 제1 회전요소와, 제1 링기어(R1)로 이루어지는 제2 회전요소와, 제1 유성 캐리어(PC1)로 이루어지는 제3 회전요소를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 제1 회전요소인 제1 선기어(S1)가 항시 입력요소로 작동할 수 있도록 입력축(IS)과 직접적으로 연결되어 입력 경로(IP)를 형성하며, 제2 회전요소인 제1 링기어(R1)가 출력요소로서 제1 중간 출력경로(MOP1)를 형성하며, 제3 회전요소인 제1 유성 캐리어(PC1)가 출력요소로서 제2 중간 출력경로(MOP2)를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소가 될 수 있도록 제1 브레이크(B1)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 가변 연결된다.

또한, 상기 제1 유성기어세트(PG1)는 선택적으로 직결의 상태가 되는데, 이와 같은 직결 제어수단으로 상기 제2, 3 회전요소는 제1 클러치(C1)에 의하여 가변 연결될 수 있도록 하였다.

이에 따라 상기 제1 회전요소인 제1 선기어(S1)로 입력되는 회전동력은 제1 브레이크(B1)의 작동시 제1 중간 출력경로(MOP1)를 통해 감속 출력이 이루어지고, 제1 클러치(C1)의 작동시 직결의 상태가 되면서 동속 출력이 이루어지게 된다.

그리고 상기 제2 유성기어셋트(PG2)에서는 상기 제1 유성기어셋트(PG1)의 제1 출력경로(MOP1)와 직접적으로 연결되는 중간 입력경로(MIP)와, 상기 입력축(IS)과 제2 중간 출력경로(MOP2)에 가변적으로 연결되는 가변 입력경로(MAIP)로부터 입력되는 회전동력을 전진6속 및 후진 1속으로 변속하여 최종 출력경로(OP)를 통해 출력하게 된다.

이를 위하여 제2 유성기어셋트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어셋트와 더블 피니언 유성기어셋트의 조합으로 이루어지되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하는 래비뉴 타입 복합유성기어셋트로 이루어진다.

이에 따라 상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 숏 피니언(P1)과 치합되는 제2 선기어(S2)로 이루어지는 제4 회전요소, 제2 링기어(R2)로 이루어지는 제5 회전요소, 제2 유성 캐리어(PC2)로 이루어지는 제6 회전요소, 롱 피니언(P2)와 치합되는 제3 선기어(S3)로 이루어지는 제7 회전요소를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 제4 회전요소인 제2 선기어(S2)가 상기 제1 중간 출력경로(MOP1)와 직접적으로 연결되어 중간 입력경로(MIP)를 형성하며, 상기 제5 회전요 소인 제2 링기어(R2)가 입력축(IS)과 제2 클러치(C2)를 개재시켜 연결되고, 제2 중간 출력경로(MOP2)와 제3 클러치(C3)를 개재시켜 연결되면서 가변 중간 입력경로(MAIP)를 형성한다.

또한, 제6 회전요소인 제2 유성 캐리어(PC2)가 출력축(OS)과 연결되면서 최종 출력경로(OP)를 형성하며, 상기 제7 회전요소(N7)가 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 제2 브레이크(B2)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결된다.

상기와 같은 조합 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 기본적으로 제1 선기어(S2)를 입력축(IS)과 직접 연결하고, 제1 링기어(R1)와 제2 선기어(S2)를 직접 연결하며, 제2 유성 캐리어(PC2)를 출력기어(OG)와 연결하였다.

그리고 제1 클러치(C1)가 제1 링기어(R1)와 제1 유성 캐리어(PC1) 사이에 배치되어 제1 유성기어셋트(PG1)의 직결의 상태를 제어하고,

제2 클러치(C2)가 입력축(IS)과 제2 링기어(R2) 사이에 배치되며,

제3 클러치(C3)가 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 링기어(R2) 사이에 배치되고,

제1 브레이크(B1)가 제1 유성 캐리어(PC1)와 변속기 하우징(H) 사이에 배치되며,

제2 브레이크(B2)가 제3 선기어(S3)와 변속기 하우징(H) 사이에 배치되는 구성을 갖는 것이다.

상기에서와 같이 제1, 2 유성기어셋트(PG1)(PG2)를 조합하는데 적용되는 마찰부재 즉, 제1,2,3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)는 유압에 의하 여 마찰 결합되는 다판식 유압 마찰 결합 유닛으로 이루어지는 것이 통상적이다.

그리고 상기에서 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)는 제1 유성기어셋트(PG1)의 전방(토크 컨버터측)에 배치되고, 제2, 3 클러치(C2)(C3)와 제2 브레이크(B2)는 상기 제1, 2 유성기어셋트(PG1)(PG2) 사이에 배치된다.

상기와 같이 클러치와 브레이크를 분산 배치함에 따라 각 클러치와 브레이크에 작동압을 공급하는 유로의 용이하게 형성할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 적용되는 마찰부재 즉, 클러치와 브레이크가 각 변속단에서 작동하는 것을 나타낸 작동표로서, 본 발명의 파워 트레인은 각 변속단에서 2개의 마찰부재가 작동하면서 변속이 이루어짐을 알 수 있다.

즉, 전진 1속에서는 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동되고, 전진 2속에서는 제2 브레이크(B2)와 제3 클러치(C3)가 작동되며, 전진 3속에서는 제2 브레이크(B2)와 제1 클러치(C1)가 작동되고, 전진 4속에서는 제2 브레이크(B2)와 제2 클러치(C2)가 작동되며, 전진 5속에서는 제1,2 클러치(C1)(C2)가 작동되고, 전진 6속에서는 제1 브레이크(B1)와 제2 클러치(C2)가 작동되면서 전진 변속이 이루어지게 된다.

그리고 후진 변속단에서는 제1 브레이크(B1)와 제3 클러치(C3)가 작동된다.

도 3은 본 발명에 의한 파워 트레인의 변속선도를 도시한 것으로서, 하측의 가로선이 회전속도 "0"을 나타내고, 상측의 가로선이 회전속도"1.0" 즉, 입력축(IS)과 동일 회전속도를 나타낸다.

그리고 레버상에는 제1 유성기어셋트(PG2)의 제2 회전요소인 제1 링기어(R1) 와 제2 유성기어셋트(PG2)의 제1 회전요소인 제2 선기어(S2)가 직접적으로 연결되는 바, 6개의 작동노드(N1)(N2)(N3)(N4)(N5)(N6)가 설정된다.

즉, 제1 작동노드(N1)는 제1 선기어(S1), 제2 작동노드(N2)는 제1 링기어(R1)와 제2 선기어(S2), 제3 작동노드(N3)는 제2 링기어(R2), 제4 작동노드(N4)는 제2 유성 캐리어(PC2), 제5 작동노드(N5)는 제1 유성캐리어(PC1), 제6 작동노드(N6)는 제3 선기어(S3)로 설정된다.

그리고 상기 작동노드간의 간격은 제1 유성기어셋트(PG1)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)와 제2 유성기어셋트(PG2)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정되고, 상기와 같은 변속선도는 파워 트레인의 당업자라면 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

[전진 1속]

전진 1속에서는 도 2에서와 같이 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동 제어된다.

그러면 도 3에서와 같이 제1 작동노드(N1)인 제1 선기어(S1)를 통해 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제5 작동노드(N5)인 제1 유성 캐리어(PC1)가 고정요소로 작동하게 된다.

이에 따라 제2 작동노드(N2)인 제1 링기어(R1)로 출력이 이루어지는데, 상기 제1 링기어(R1)는 제2 선기어(S2)와 일체로 형성되어 있는 바, 제1 유성기어셋트(PG1)의 출력요소로 작동함과 동시에 제2 유성기어셋트(PG2)로 입력요소로 작동하게 된다.

이와 같은 입력의 상태에서 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 제6 작동노 드(N6)인 제3 선기어(S3)가 고정요소로 작동하면서 제1 변속선(SP1)을 형성하여 출력요소인 제4 작동노드(N4)를 통해 D1 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 1속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

즉, 상기 제1 유성기어셋트(PG1)의 제1 중간 출력경로(MOP1)를 통해 감속 출력되는 회전동력을 제2 유성기어셋트(PG2)의 중간 입력경로(MIP)를 통해 전달받아 다시 감속시켜 출력함으로써, 전진 1속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 2속]

전진 2속에서는 상기 전진 1속의 상태에서 제1 브레이크(B1)의 작동을 해제하고, 제3 클러치(C3)를 작동 제어한다.

그러면 상기 제1 링기어(R1)와 제2 선기어(S2)가 직접적으로 연결되고, 제3 클러치(C2)의 작동으로 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 링기어(R2)가 연결된 상태에서 도 3에서와 같이 제1 작동노드(N1)인 제1 선기어(S1)를 통해 입력이 이루어지고 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제6 작동노드(N6)인 제3 선기어(S3)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 상호 보완작동에 의하여 제2 변속선(SP2)을 형성하면서 출력요소인 제4 작동노드(N4)를 통해 D2 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 2속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 3속]

전진 3속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 2속의 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동을 해제하고, 제1 클러치(C1)를 작동 제어한다.

그러면 제1 유성기어셋트(PG1)는 제1 클러치(1)의 작동에 의하여 직결의 상 태가 되며, 이의 상태에서 제1 작동노드(N1)로 입력되는 회전동력은 그대로 출력요소인 제2 작동노드(N2)인 제2 링기어(R2)로 출력이 이루어진다.

이와 같이 제2 작동노드(N2)인 제1 링기어(R1)로 출력이 이루어지면, 상기 제1 링기어(R1)는 제2 선기어(S2)와 일체로 형성되어 있는 바, 제1 유성기어셋트(PG1)의 출력요소로 작동함과 동시에 제2 유성기어셋트(PG2)로 입력요소로 작동하게 된다.

이에 따라 제2 작동노드(N2)인 제2 선기어(S2)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 제6 작동노드(N6)인 제3 선기어(S3)가 고정요소로 작동하면서 제3 변속선(SP3)을 형성하여 출력요소인 제4 작동노드(N4)를 통해 D3 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 3속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

즉, 상기 제1 유성기어셋트(PG1)가 직결의 상태로 제어되면서 제1 중간 출력경로(MOP1)를 통해 동속 출력되는 회전동력을 제2 유성기어셋트(PG2)의 중간 입력경로(MIP)를 통해 전달받아 다시 감속시켜 출력함으로써, 전진 3속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 4속]

전진 4속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 3속의 상태에서 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동 제어된다.

그러면 제1 유성기어셋트(PG2)에는 제1 작동노드(N1)를 통해 입력만 이루어질 뿐 출력이 없는 상태가 되며, 제2 유성기어셋트(PG2)에서는 제2 클러치(C2)의 작동으로 제3 작동노드(N3)인 제2 링기어(R2)로 입력이 이루어진다.

이의 상태에서 제2 브레이크(B2)가 작동하게 되는 바, 제6 작동노드(N6)인 제3 선기어(S3)가 고정요소로 작동하면서 제4 변속선(SP4)을 형성하여 출력요소인 제4 작동노드(N4)를 통해 D4 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 4속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

즉, 제1 유성기어셋트(PG1)는 아무런 작동을 하지 않고, 제2 유성기어셋트(PG2)에서는 가변 중간입력경로(MAIP)를 통해 입력되는 입력축(IS)의 회전동력을 감속시켜 출력함으로써, 전진 4속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 5속]

전진 5속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 1,2,3,4속의 상태에서 작동하던 제 브레이크(B2)의 작동을 해제하고, 제1 클러치(C1)를 작동 제어한다.

그러면 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제1 유성기어셋트(PG1)가 직결의 상태가 되고, 제2 클러치(C2)의 작동으로 제2 유성기어셋트(PG2)가 직결의 상태가 되면서 제5 변속선(SP5)를 형성하면서 출력요소인 제4 작동노드(N4)를 통해 D5 만큼 전진 4속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

그리고 전진 5속을 실현하기 위하여는 상기와 같이 제1,2 클러치(C1)(C2)를 작동시킬 수도 있으나, 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)를 작동시키거나, 제2,3 클러치(C2)(C3)를 동시에 작동시키는 경우에도 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)를 직결의 상태로 제어할 수 있는 바, 전진 5속을 실현할 수 있게 된다.

[전진 6속]

전진 6속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 5속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동을 해제하고, 제1 브레이크(B1)를 작동 제어한다.

그러면 제1 유성기어셋트(PG1)에서 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제2 작동노드(N2)인 제1 링기어(R1)를 통한 감속 출력이 이에 일체로 형성되는 제2 선기어(S2)로 입력됨과 동시에 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 입력축(IS)의 회전동력이 제3 작동노드(N3)인 제2 링기어(R2)로 입력되는 바, 제6 변속선(SP6)을 형성하여 출력요소인 제4 작동노드(N4)를 통해 D6 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 6속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

즉, 제2 유성기어셋트(PG2)의 하나의 작동노드에는 제1 유성기어셋트(PG1)로부터 감속된 회전동력이 입력되고, 다른 하나의 작동노드에는 입력축(IS)의 회전동력이 입력되면서 이의 회전수 차이에 의한 보완작동으로 전진 6속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[후진]

후진에서는 도 2에서와 같이 상기 제3 클러치(C3)와 제1 브레이크(B1)를 작동 제어한다.

그러면 제1 유성기어셋트(PG2)에서 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제2 작동노드(N2)인 제1 링기어(R1)를 통한 감속 출력이 이에 일체로 형성되는 제2 선기어(S2)로 입력됨과 동시에 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제3 작동노드(N3)인 제2 링기어(R2)가 고정요소로 작동하게 된다.

이에 따라 후진 변속선(SR)을 형성하게 되며, 출력요소인 제4 작동노드(N4) 를 통해 RS 만큼의 출력이 이루어지면서 후진 변속이 이루어지게 되는 것이다.

상기와 같이 변속이 이루어지는 본 발명의 파워 트레인은 제1 선기어(S1)와 제1 링기어(R1)의 잇수를 39, 77로 하고, 제2 선기어(S2), 제3 선기어(S3), 제2 링기어(R2)의 잇수를 27, 29, 73로 하면, 도 2에서와 같이, 전진 1속에서는 4.095, 전진 2속에서는 2.734, 전진 3속에서는 2.074, 전진 4속에서는 1.397, 전진 5속에서는 1.000, 전진 6속에서는 0.775, 후진에서 -3.364의 변속비를 얻을 수 있으며, 그에 따른 각 변속단의 단간비를 최적화 할 수 있게 되는 것이다.

상기에서 본 발명의 파워 트레인에 대한 바람직한 실시 예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 1은 본 발명에 의한 제1 실시예의 기어 트레인 구성도.

도 2는 본 발명의 기어 트레인에 적용되는 마찰부재의 변속단별 작동도.

도 3은 본 발명에 의한 기어 트레인의 변속선도.

도 4는 종래 파워 트레인의 일 실시예도.

도 5는 도 4에 의한 파워 트레인에 적용되는 마찰부재의 작동표이다.

Claims (14)

1. 3개의 회전요소를 구비하는 단순 유성기어셋트로서, 항시 입력요소로 작동할 수 있도록 입력축과 직접적으로 연결되어 입력 경로를 형성하는 제1 회전요소와, 출력요소로서 감속 및 동속 출력이 이루어지는 제1 중간 출력경로를 형성하는 제2 회전요소와, 출력요소로서 감속 및 동속 출력이 이루어지는 제2 중간 출력경로를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제3 작동요소를 포함하는 제1 유성기어셋트와;

   4개의 회전요소를 구비하는 복합 유성기어셋트로서, 상기 제1 중간 출력경로와 직접적으로 연결되어 중간 입력경로를 형성하는 제4 회전요소와, 입력축과 가변적으로 연결되거나 상기 제2 중간 출력경로와 가변적으로 연결되면서 가변 중간 입력경로를 형성하는 제5 회전요소와, 출력축과 연결되면서 최종 출력경로를 형성하는 제6 회전요소와, 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 변속기 하우징과 가변적으로 연결되는 제7 회전요소를 포함하는 제2 유성기어셋트의 조합으로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인
2. 제1항에 있어서, 제1 유성기어셋트는 더블 피니언 유성기어셋트로서, 제1 회전요소는 제1 선기어, 제2 회전요소는 제1 링기어, 제3 회전요소는 제1 유성 캐리어로 이루어지고,

   제2 유성기어셋트는 싱글 피니언 유성기어셋트와 더블 피니언 유성기어셋트 의 조합으로 이루어지되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하는 래비뉴 타입 복합유성기어셋트로서, 제4 회전요소는 숏 피니언과 치합되는 제2 선기어, 제5 회전요소는 제2 링기어, 제6 회전요소는 제2 유성 캐리어, 제7 회전요소는 롱 피니언과 치합되는 제3 선기어로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1,2 유성기어셋트는 3개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하되,

   제1 회전요소를 입력축과 직접 연결하고, 제2 회전요소와 제4 회전요소를 직접 연결하며, 제6 회전요소를 출력기어와 연결한 상태에서,

   제2, 3 회전요소가 제1 클러치에 의하여 가변 연결되고, 입력축과 제5 회전요소가 제2 클러치에 의하여 가변 연결되며, 제3 회전요소와 제5 회전요소가 제3 클러치에 의하여 가변 연결되고, 제3 작동요소가 제1 브레이크에 의하여 변속기 하우징에 가변 연결되며, 제7 작동요소가 제2 브레이크에 의하여 변속기 하우징에 가변 연결됨을 특징으로 하는 자동 변속기의 기어 트레인.
4. 제3항에 있어서, 제1 클러치와 제2 브레이크는 제1 유성기어셋트의 전방(토크 컨버터측)에 배치되고, 제2, 3 클러치와 제2 브레이크는 제1, 2 유성기어셋트 사이에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
5. 제3항에 있어서, 전진 1속에서는 제1, 2 브레이크가 작동되고,

   전진 2속에서는 제2 브레이크와 제3 클러치가 작동되며,

   전진 3속에서는 제2 브레이크와 제1 클러치가 작동되고,

   전진 4속에서는 제2 브레이크와 제2 클러치가 작동되며,

   전진 5속에서는 제1,2 클러치가 작동되고,

   전진 6속에서는 제1 브레이크와 제2 클러치가 작동되며,

   후진 변속단에서는 제1 브레이크와 제3 클러치가 작동됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 크레인.
6. 제3항에 있어서, 전진 1속에서는 제1, 2 브레이크가 작동되고,

   전진 2속에서는 제2 브레이크와 제3 클러치가 작동되며,

   전진 3속에서는 제2 브레이크와 제1 클러치가 작동되고,

   전진 4속에서는 제2 브레이크와 제2 클러치가 작동되며,

   전진 5속에서는 제1,3 클러치가 작동되고,

   전진 6속에서는 제1 브레이크와 제2 클러치가 작동되며,

   후진 변속단에서는 제1 브레이크와 제3 클러치가 작동됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 크레인.
7. 제3항에 있어서, 전진 1속에서는 제1, 2 브레이크가 작동되고,

   전진 2속에서는 제2 브레이크와 제3 클러치가 작동되며,

   전진 3속에서는 제2 브레이크와 제1 클러치가 작동되고,

   전진 4속에서는 제2 브레이크와 제2 클러치가 작동되며,

   전진 5속에서는 제2,3 클러치가 작동되고,

   전진 6속에서는 제1 브레이크와 제2 클러치가 작동되며,

   후진 변속단에서는 제1 브레이크와 제3 클러치가 작동됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 크레인.
8. 제1항에 있어서, 전진 1속은 제1 유성기어셋트의 제1 중간 출력경로를 통해 감속 출력되는 회전동력을 제2 유성기어셋트의 중간 입력경로를 통해 전달받아서 제7 회전요소의 고정에 따라 다시 감속 출력하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
9. 제1항에 있어서, 전진 2속은 제2 회전요소와 제4 회전요소가 직접적으로 연결되고, 제3 회전요소와 제5 회전요소가 연결된 상태에서 제1 회전요소 입력되는 회전동력이 제7 회전요소의 고정으로 감속 출력하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어트레인.
10. 제1항에 있어서, 전진 3속은 제1 유성기어셋트가 직결의 상태로 제어되면서 제1 중간 출력경로를 통해 동속 출력되는 회전동력을 제2 유성기어셋트의 중간 입력경로를 통해 전달받아 제7 회전요소의 고정에 따라 다시 감속 출력하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 크레인.
11. 제1항에 있어서, 전진 4속은 제1 유성기어셋트가 아무런 작동을 하지 않고, 제2 유성기어셋트의 가변 중간입력경로를 통해 입력되는 입력축의 회전동력을 제7 회전요소의 고정으로 감속 출력하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
12. 제1 항에 있어서, 전진 5속은 제1, 2 유성기어셋트를 모두 직결시켜 입력 그대로를 출력하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 크레인.
13. 제1항에 있어서, 전진 6속은 제2 유성기어셋트에서 제1 중간 출력경로의 회전동력을 중간 입력경로를 통해 전달받고, 입력축의 회전출력을 전달받아 이의 회전수 차이에 의한 보완작동으로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 크레인.
14. 제1항에 있어서, 후진은 제2 유성기어셋트에서 제1 중간출력경로의 회전동력을 중간 입력경로를 통해 전달받아 역회전 출력하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.

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