KR101028543B1 - 차량용 자동 변속기의 기어 트레인 - Google Patents

차량용 자동 변속기의 기어 트레인 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2개의 싱글 피니언 유성기어셋트와 래비뉴 타입 복합 유성기어셋트를 2개의 클러치와 4개의 브레이크로 조합하여 전진 8속과 후진 1속을 구현할 수 있도록 함으로써, 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다.
Figure R1020090059086
유성기어셋트, 선기어, 유성 캐리어, 링기어, 클러치, 브레이크

Description

차량용 자동 변속기의 기어 트레인{GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}
본 발명은 2개의 단순유성기어셋트와 1개의 복합 유성기어셋트를 2개의 클러치와, 4개의 브레이크로 조합하여 전진 8속의 변속단을 구현할 수 있도록 차량용 자동 변속기의 기어 트레인에 관한 것이다.
통상적으로 자동 변속기의 다단 변속 메커니즘은, 복수의 유성기어셋트를 조합하여 구현되고 있으며, 이러한 복수의 유성기어세트가 조합된 기어 트레인은 토크 컨버터로부터 회전 동력을 입력받아 이를 변속하여 출력축에 전달하는 기능을 하게 된다.
이러한 자동 변속기에 있어서는 구현 가능한 변속단이 많을수록 보다 적절한 변속비의 설계가 가능할 뿐만 아니라 동력성능 및 연비 면에서 우수한 차량을 구현할 수 있기 때문에 보다 많은 변속단을 구현하는 자동 변속기가 요구되고 있다.
그리고 동일 변속단을 구현한다고 하더라도 유성기어셋트의 조합 방법에 따라 내구성 및 동력전달효율, 그리고 크기 및 중량 등이 크게 달라지기 때문에 보다 견고하고 동력손실을 최소화하면서도 컴팩트화 할 수 있는 기어 트레인의 개발을 위한 노력이 꾸준하게 진행되고 있다.
특히, 변속단이 많을수록 운전자가 변속을 자주 해주어야 하는 불편이 발생하는 수동 변속기와는 달리 자동 변속기는 운전 상태에 따라 트랜스밋션 제어유닛(TCU)이 기어 트레인의 작동을 제어함으로써 변속을 수행하게 되므로, 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 기어 트레인의 구성을 찾는 노력이 계속되고 있다.
이러한 관점에서 볼 때, 현재 통상적으로 사용되고 있는 자동 변속기는 4속 및 5속 자동 변속기가 주류를 이루고 있으나, 최근에는 6속 자동 변속기가 개발되어 차량에 적용되는 한편으로 8속 이상의 자동 변속기 개발이 활발하게 진행되고 있는 실정이다.
이에 따라 본 발명자는 상기와 같은 자동 변속기의 개발에 부응하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 본 발명의 목적은 2개의 단순 유성기어셋트와 1개의 복합 유성기어셋트를 2개의 클러치와 4개의 브레이크로 조합하여 전진 8속과 후진 1속을 구현할 수 있도록 함으로써, 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공함에 있다.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 각각 3개의 회전요소를 구비하는 단순유성기어셋트로 이루어지는 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)와, 4개의 회전요소를 구비하는 복합 유성기어셋트로 이루어지는 제3 유성기어셋트(PG3)의 조합으로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인에 있어서,
상기 제1 유성기어셋트(PG1)는 입력축(IS)과 직접 연결되어 항시 입력요소로 작동하는 제1 회전요소(N1)와, 제2 유성기어셋트(PG2)의 회전요소중 어느 하나의 회전요소와 선택적으로 연결되는 제2 회전요소(N2)와, 제2 유성기어셋트(PG2)의 회전요소중 어느 하나의 회전요소와 직접 연결되는 제3 회전요소(N3)를 포함하고,
상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 상기 제3 회전요소(N3)와 직접 연결되는 제4 회전요소(N4)와, 상기 제2 회전요소(N2)와 선택적으로 연결됨과 동시에 변속기 하우징과 선택적으로 연결되는 한편 입력축(IS)과 선택적으로 연결되는 제5 회전요소(N5)와, 출력기어와 직접 연결되어 출력요소로 작동하는 제6 회전요소(N6)를 포함하며,
상기 제3 유성기어셋트(PG3)는 입력축(IS)과 직접 연결되는 제7 회전요소(N7)와, 상기 제4 회전요소(N4)와 직접 연결되며 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되는 제8 회전요소(N8)와, 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되는 제9, 10 회전요소(N9)(N10)를 포함하여 이루어지는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다.
상기에서 제1,2,3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)를 배치하되, 엔진측으로부터 순차적으로 배치됨을 특징으로 한다.
상기에서 제1 유성기어셋트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제1 회전요소(N1)는 제1 선기어(S1), 제2 회전요소(N2)는 제1 유성 캐리어(PC1), 제3 회전요소(N3)는 제1 링기어(R1)로 이루어지며,
제2 유성기어셋트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제4 회전요소(N4)는 제2 선기어(S2), 제5 회전요소(N5)는 제2 유성 캐리어(PC2), 제6 회전요소(N6)는 제2 링기어(R2)로 이루어지고,
제3 유성기어셋트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어셋트와 더블 피니언 유성기어셋트의 조합으로 이루어지되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하는 래비뉴 타입 유성기어셋트로서, 제7 회전요소(N7)는 숏 피니언(P2)과 치합되는 제4 선기어(S4), 제8 회전요소(N8)는 제3 링기어(R3), 제9 회전요소(N9)는 제3 유성 캐리어(PC3), 제10 회전요소(N10)는 롱 피니언(P1)과 치합되는 제3 선기어(S3)로 이루어짐을 특징으로 한다.
상기에서 제1, 2, 3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)는 2개의 클러치(C1)(C2)와 4개의 브레이크(B1)(B2)(B3)(B4)로 조합하되,
입력축(IS)을 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)에 직접 연결하고, 제3, 4, 8 회전요소(N3)(N4)(N8)를 직접 연결하며, 제6 회전요소(N6)를 출력기어(OG)와 직접 연결한 상태에서,
제2 회전요소(N2)는 제1 클러치(C1)를 개재시켜 제5 회전요소(N5)와 연결하고, 제5 회전요소(N5)는 제2 클러치(C2)를 개재시켜 입력축(IS)에 연결됨과 동시에 제1 브레이크(B1)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결하고, 제8 회전요소(N8)는 제2 브레이크(B2)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결하며, 제9 회전요소(N9)는 제3 브레이크(B3)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결하고, 제10 회전요소(N10)는 제4 브레이크(B4)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결함을 특징으로 한다.
상기에서 제1 브레이크(B1)는 원웨이 클러치(F1)와 병렬 배치됨을 특징으로 한다.
상기와 같은 기어 트레인은 전진 1속에서 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고, 전진 2속에서 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며, 전진 3속에서 제1 클러치(C1)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고, 전진 4속에서 제1 클러치(C1)와 제4 브레이크(B4)가 작동되며, 전진 5속에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)가 작동되고, 전진 6속에서 제2 클러치(C2)와 제4 브레이크(B4)가 작동되며, 전진 7속에서 제2 클러치(C2)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고, 전진 8속에서 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며, 후진에서 제1, 4 브레이크(B1)(B4)가 작동되면서 변속이 이루어짐을 특징으로 한다.
상기와 같이 2개의 단순 유성기어셋트로 이루어지는 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)와, 복합 유성기어셋트로 이루어지는 제3 유성기어셋트(PG3)를 마찰요소인 2개의 클러치(C1)(C2)와 4개의 브레이크(B1)(B2)(B3)(B4)로 조합하여 전진 8속과 후진 1속의 변속단을 구현하여 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
그리고 점유 공간이 큰 클러치 보다는 점유 공간이 상대적으로 적은 브레이크를 많이 적용함으로써, 변속기 내부의 공간을 효과적으로 이용할 수 있게 된다.
또한, 각 변속단에서 2개의 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어지도록 함으로써, 오일펌프의 용량 축소와 유압 제어효율을 높일 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 기어 트레인의 제1 실시예를 도시한 것으로서, 본 발명의 기어 트레인은 동일축선상에 배치되는 제1, 2, 3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)와, 2개의 클러치(C1)(C2)로 이루어지는 클러치 수단과, 그리고 4개의 브레이크(B1)(B2)(B3)(B4)로 이루어지는 브레이크 수단을 포함하여 이루어진다.
이에 따라 입력축(IS)으로부터 입력되는 회전이 상기 제1, 2, 3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)의 보완 작동에 의하여 변속되어 제2 유성기어셋트(PG2)의 출력요소에 연결된 출력기어(OG)를 통해 출력되며, 상기 제1,2,3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)는 엔진측으로부터 순차적으로 배치된다.
상기에서 입력축(IS)은 입력부재로서 토크 컨버터의 터빈축을 의미하며, 이는 엔진 크랭크 축으로부터의 회전 동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어지면서 입력되고, 출력기어(OG)는 출력부재로서 미도시한 공지의 차동장치를 통해 구동륜을 구동시키게 된다.
상기 제1 유성기어셋트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 공지와 같이 선기어, 유성 캐리어, 링기어로 이루어지는 3개의 회전요소를 보유하며, 설명의 편의상 상기 선기어를 제1 선기어(S1), 유성 캐리어를 제1 유성 캐리어(PC1), 링기어를 제1 링기어(R1)로 지칭한다.
그리고 상기 제1 유성기어셋트(PG1)는 제1 선기어(S1)가 제1 회전요소(N1)로서 항시 입력요소로 작동하며, 제1 유성 캐리어(PC1)가 제2 회전요소(N2)로서 선택적인 고정요소로 작동함과 동시에 제2 유성기어셋트(PG2)의 어느 한 회전요소와 선택적으로 연결되어 선택적인 출력요소로 작동하고, 제1 링기어(R1)가 제3 회전요소(N3)로서 제2 유성기어셋트(PG2)의 어느 한 회전요소와 직접적 연결되어 선택적으로 연결되어 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 구성된다.
이를 위하여 상기 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)는 입력축(IS)과 직접 연결되고, 상기 제2 회전요소(N2)인 제1 유성 캐리어(PC1)는 제1 클러치(C1)를 개재시켜 제2 유성기어셋트(PG2)의 어느 한 회전요소와 선택적으로 연결되며, 상기 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)는 제2 유성기어셋트(PG2)의 어느 한 회전요소와 직접 연결된다.
그리고 상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 공지와 같이 선기어, 유성 캐리어, 링기어로 이루어지는 3개의 회전요소를 보유하며, 설명의 편의상 상기 선기어를 제2 선기어(S2), 유성 캐리어를 제2 유성 캐리어(PC2), 링기어를 제2 링기어(R2)로 지칭한다.
상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 상기 제2 선기어(S2)가 제4 회전요소(N4)로서 선택적으로 입력요소와 고정요소로 작동하고, 상기 제2 유성 캐리어(PC2)가 제5 회전요소(N5)로서 선택적인 고정요소 및 입력요소로 작동하며, 상기 제2 링기어(R2)가 제6 회전요소(N6)로서 항시 최종 출력요소로 작동하게 된다.
이를 위하여 상기 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)는 상기 제1 유성기어 셋트(PG1)의 제3 회전요소(N3)와 직접 연결됨과 동시에 선택적으로 고정요소로 작동하는 제3 유성기어셋트(PG3)의 어느 한 작동요소와 직접 연결되고, 제5 회전요소(N5)인 제2 유성 캐리어(PC2)는 상기 제1 유성기어셋트(PG1)의 제2 회전요소(N2)인 제1 유성 캐리어(PC1)와 제1 클러치(C1)를 개재시켜 연결됨과 동시에 제2 클러치(C2)를 개재시켜 입력축(IS)과 연결되는 한편, 원웨이 클러치(F1)가 병렬 배치되는 제1 브레이크(B1)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결되며, 제6 회전요소(N6)인 제2 링기어(R2)는 출력기어(OG)와 직접 연결되어 항시 출력요소로 작동하게 된다.
상기에서 제1 브레이크(B1)는 원웨이 클러치(F1)와 병렬 배치된다고 설명하고 있으나, 필요에 따라서는 원웨이 클러치(F1)를 생략할 수 있다.
상기 제3 유성기어셋트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어셋트 및 더블 피니언 유성기어셋트를 조합하되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하는 래비뉴 타입의 유성기어셋트로 이루어진다.
이에 따라 링기어와 유성 캐리어 그리고 2개의 선기어를 포함하여 이루어지는데, 설명의 편의상 상기 링기어를 제3 링기어(R3), 유성 캐리어를 제3 유성 캐리어(PC3), 롱 피니언(P1)과 치합되는 선기어를 제3 선기어(S3), 숏 피니언(P2)과 치합되는 선기어를 제4 선기어(S4)로 지칭한다.
상기에서 제4 선기어(S4)는 제7 회전요소(N7)로서 항시 입력요소로 작용하고, 제3 링기어(R2)는 제8 회전요소(N8)로서 상기 제2 유성기어셋트(PG2)의 제4 회전요소(N4)와 직접 연결됨과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하며, 제3 유성 캐리 어(PC3)는 제9 회전요소(N9)로서 선택적인 고정요소로 작용하며, 제3 선기어(S3)는 제10 회전요소(N10)로서 선택적인 고정요소로 작동하게 된다.
이를 위하여 상기 제7 회전요소(N3)인 제4 선기어(S4)는 입력축(IS)과 직접 연결되고, 제8 회전요소(N8)인 제3 링기어(R3)는 제2 브레이크(B2)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결됨과 동시에 상기 제2 유성기어셋트(PG2)의 제4 회전요소(N4)와 직접 연결되며, 제9 회전요소(N9)인 제3 유성 캐리어(PC3)는 제3 브레이크(B3)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결되고, 제10 회전요소(N10)인 제3 선기어(S3)는 제4 브레이크(B4)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결되는 구성이다.
상기 구성에 의하여 입력축(IS)으로부터 전달되는 엔진의 회전동력은 제1, 3 유성기어셋트(PG1)(PG3)의 각 1개씩의 회전요소(N1)(N7)로 항시 입력이 이루어지면서 상호 보완 작동으로 전진 8속 및 후진 1속으로 변속되어 최종 출력경로인 출력기어(OG)를 통해 출력이 이루어지게 되는 것이다.
상기에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)와 제1, 2, 3, 4 브레이크(B1)(B2)(B3)(B4)로 이루어지는 마찰요소는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압 마찰 결합 유닛으로 이루어지는 것이 통상적이다.
그리고 상기에서 제1,2 클러치(C1)(C2)는 제1 유성기어셋트(PG1)의 전측에 배치되고, 원웨이 클러치(F1)를 포함하는 제1 브레이크(B1)는 제2,3 유성기어셋트(PG2)(PG3) 사이에 배치되며, 제2,3,4 브레이크(B2)(B3)(B4)는 제3 유성기어셋트(PG3)의 외주 후측에 배치된다.
상기와 같은 마찰요소의 분산 배치에 의하여 유압 관로의 형성이 용이하게 되며, 변속기의 중량 편중에 따른 불균형을 최소화할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 적용되는 마찰요소 즉, 클러치와 브레이크가 각 변속단에서 작동하는 것을 나타낸 작동표로서, 본 발명의 기어 트레인은 각 변속단에서 2개의 마찰부재가 작동하면서 변속이 이루어짐을 알 수 있다.
즉, 전진 1속에서 제1클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고,
전진 2속에서 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며,
전진 3속에서 제1 클러치(C1)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고,
전진 4속에서 제1 클러치(C1)와 제4 브레이크(B4)가 작동되며,
전진 5속에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)가 작동되고,
전진 6속에서 제2 클러치(C2)와 제4 브레이크(B4)가 작동되며,
전진 7속에서 제2 클러치(C2)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고,
전진 8속에서 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며,
후진에서 제1 브레이크(B1)와 제4 브레이크(B4)가 작동되면서 변속이 이루어지게 된다.
물론 상기 전진 1속에서는 제1 브레이크(B1)가 설명하고 있으나, 본 실시예에서와 같이 원웨이 클러치(F1)를 적용되는 경우에는 제1 브레이크(B1) 대신에 원웨이 클러치(F1)가 작동되면서 전진 1속을 실현할 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 기어 트레인의 변속선도를 도시한 것으로서, 하측의 가로선이 회전속도 "0"을 나타내고, 상측의 가로선이 회전속도 "1.0" 즉, 입력축(IS)과 동일 회전속도를 나타낸다.
제1 유성기어셋트(PG1)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1), 제2 회전요소(N2)인 제1 유성 캐리어(PC1), 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)로 설정되며, 이들 간격은 제1 유성기어셋트(PG1)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.
제2 유성기어셋트(PG2)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2), 제5 회전요소(N5)인 제2 유성 캐리어(PC2), 제6 회전요소(N6)인 제2 링기어(R2)로 설정되며, 이들 간격은 제2 유성기어셋트(PG2)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.
제3 유성기어셋트(PG3)의 4개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제7 회전요소(N7)인 제4 선기어(S4), 제8 회전요소(N8)인 제3 링기어(R3), 제9 회전요소(N9)인 제3 유성 캐리어(PC3), 제10 회전요소(N10)인 제3 선기어(S3)로 설정되며, 이들 간격은 제3 유성기어셋트(PG3)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.
상기와 같은 변속선도에서 각 회전요소의 위치 설정은 기어 트레인의 당업자라면 충분히 알 수 있는 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
[전진 1속]
전진 1속에서는 도 2에서와 같이 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)가 작동 제어된다.
이에 따라 입력축(IS)의 회전동력은 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)로 동시 입력이 이루어지게 된다.
이러한 상태에서 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)가 작동하게 되는 바, 제1 유성기어셋트(PG1)에서는 제1 회전요소(N1)로 입력이 이루어지는 상태에서 제2 회전요소(N2)가 고정요소로 작동하여 제1 속도선(PG1-1)을 형성하면서 제3 회전요소(N3)를 통해 역회전 출력이 이루어지게 된다.
그리고 제2 유성기어셋트(PG2)에서는 상기 제 3회전요소(N3)와 직접 연결되어 있는 제4 회전요소(N4)로 역회전 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제5 회전요소(N5)가 고정요소가 되면서 제1 변속선(SP1)을 형성하면서 출력요소인 제6 회전요소(N6)를 통해 D1 만큼의 출력이 이루어지게 되어 최대 변속비{입력축(IS)의 회전속도/출력기어(OG)의 회전속도}로서 "3.840" 정도의 전진 1속 변속이 이루어지게 되는 것이다.
이때 제3 유성기어세트(PG3)에서는 제7 회전요소(N7)로 입력이 이루어지는 상태에서 상기 제4 회전요소(N4)와 직접 연결되어 있는 제8 회전요소(N8)가 역회전하면서 제1 속도선(PG3-1)을 형성하면서 회전하게 된다.
상기 전진 1속 변속 과정에서 제1 브레이크(B1)가 작동하는 것을 설명하고 있으나, 본 발명에서와 같이 원웨이 클러치(F1)가 적용되는 경우에는 제1 브레이크(B1)를 작동시키지 않더라도 원웨이 클러치(F1)의 작동으로 제5 회전요소(N5)를 고정요소로 작동시킬 수 있음은 물론이다.
[전진 2속]
전진 2속에서는 상기 전진 1속의 상태에서 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제2 브레이크(B2)가 작동 제어된다.
이에 따라 입력축(IS)의 회전동력은 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)로 동시 입력이 이루어짐과 동시에 제1 클러치(C1)의 작동으로 제2, 5 회전요소(N2)(N5)가 직결의 상태를 유지하게 된다.
상기와 같은 조건에서 제1 유성기어셋트(PG1)에서는 제1 회전요소(N1)로 입력이 이루어지는 상태에서 상기 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제3 회전요소(N3)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 제2 속도선(PG1-2)을 형성하면서 제2 회전요소(N2)를 통해 감속 출력이 이루어지게 된다.
그러면 상기 제2 회전요소(N2)의 회전동력이 제1 클러치(C1)을 통해 제2 유성기어셋트(PG2)의 제5 회전요소(N5)로 입력되는 상태에서 상기 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제4 회전요소(N4)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 제2 변속선(SP2)을 형성하면서 출력요소인 제6 회전요소(N6)를 통해 D2 만큼의 출력이 이루어지게 되어 변속비{입력축(IS)의 회전속도/출력기어(OG)의 회전속도} "2.092" 정도의 전진 2속 변속이 이루어지게 되는 것이다.
이때 제3 유성기어셋트(PG3)는 제7 회전요소(N7)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제8 회전요소(N8)가 고정요소로 작동하여 제2 속도선(PG3-2)을 형성하면서 회전이 이루어지게 된다.
[전진 3속]
전진 3속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 2속의 상태에서 작동하던 제2 브레이크(B2)의 작동이 해제되고, 제3 브레이크(B3)가 작동 제어된다.
이에 따라 입력축(IS)의 회전동력은 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)로 동시 입력이 이루어짐과 동시에 제1 클러치(C1)의 작동으로 제2, 5 회전요소(N2)(N5)가 직결의 상태를 유지하게 된다.
상기와 같은 조건에서 제3 브레이크(B3)가 작동하게 되는 바, 제3 유성기어셋트(PG3)에서는 제7 회전요소(N7)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제9 회전요소(N9)가 고정요소로 작동하여 제3 속도선(PG3-3)을 형성하면서 회전하게 된다.
그리고 제1 유성기어셋트(PG1)에서는 제1 회전요소(N1)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 상기 제8 회전요소(N8)의 회전동력이 제3 회전요소(N3)로 입력되는 바, 제3 속도선(PG1-3)을 형성하면서 회전하게 된다.
이에 따라 제2 유성기어셋트(PG2)의 제4 회전요소(N4)에는 상기 제8 회전요소(N8)의 회전동력이 입력되고, 제5 회전요소(N5)에는 상기 제2 회전요소(N2)의 회전동력이 입력되는 바, 제3 변속선(SP3)을 형성하면서 출력요소인 제6 회전요소(N6)를 통해 D3 만큼의 출력이 이루어지게 되어 변속비{입력축(IS)의 회전속도/출력기어(OG)의 회전속도} "1.534" 정도의 전진 3속 변속이 이루어지게 되는 것이다.
[전진 4속]
전진 4속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 3속의 상태에서 작동하던 제3 브레이크(B3)의 작동이 해제되고, 제4 브레이크(B4)가 작동 제어된다.
이에 따라 입력축(IS)의 회전동력은 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)로 동시 입력이 이루어짐과 동시에 제1 클러치(C1)의 작동으로 제2, 5 회전요소(N2)(N5)가 직결의 상태를 유지하게 된다.
상기와 같은 조건에서 제4 브레이크(B4)가 작동하게 되는 바, 제3 유성기어셋트(PG3)에서는 제7 회전요소(N7)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제10 회전요소(N10)가 고정요소로 작동하여 제4 속도선(PG3-4)을 형성하면서 회전하게 된다.
그리고 제1 유성기어셋트(PG1)에서는 제1 회전요소(N1)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 상기 제8 회전요소(N8)의 회전동력이 제3 회전요소(N3)로 입력되는 바, 제4 속도선(PG1-4)을 형성하면서 회전하게 된다.
이에 따라 제2 유성기어셋트(PG2)의 제4 회전요소(N4)에는 상기 제8 회전요소(N4)의 회전동력이 입력되고, 제5 회전요소(N5)에는 상기 제2 회전요소(N2)의 회전동력이 입력되는 바, 제4 변속선(SP4)을 형성하면서 출력요소인 제6 회전요소(N6)를 통해 D4 만큼의 출력이 이루어지게 되어 변속비{입력축(IS)의 회전속도/출력기어(OG)의 회전속도} "1.264" 정도의 전진 4속 변속이 이루어지게 되는 것이다.
[전진 5속]
전진 5속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 4속의 상태에서 작동하던 제4 브레이크(B4)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동 제어된다.
이에 따라 입력축(IS)의 회전동력은 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)로 동시 입력이 이루어짐과 동시에 제1 클러치(C1)의 작동으로 제2, 5 회전요소(N2)(N5)가 직결의 상태를 유지하게 된다.
상기와 같은 조건에서 제2 클러치(C2)가 작동하게 되는 바, 제1 유성기어셋트(PG1)는 직결의 상태가 되면서 제5 속도선(PG1-5)과 같이 입력 그대로를 출력하 게 되고, 제2 유성기어셋트(PG2)는 제4, 5 회전요소(N4)(N5)가 제3 회전요소(N3) 및 입력축(IS)과 연결되는 바, 직결의 상태가 되면서 제5 변속선(SP5)과 같이 입력 그대로를 출력하여 D5 와 같은 출력(변속비: 1.000)이 이루어지게 되는 것이다.
이때 제3 유성기어셋트(PG3)는 제7 회전요소(N7)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제8 회전요소(N8)로 입력이 이루어지게 되는 바, 직결의 상태가 되어 제5 속도선(PG3-5)을 형성하면서 회전하게 된다.
[전진 6속]
전진 6속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 5속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제4 브레이크(B4)가 작동 제어된다.
이에 따라 입력축(IS)의 회전동력은 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)로 동시 입력이 이루어짐과 동시에 제2 클러치(C2)의 작동으로 제5 회전요소(N5)에도 입력축(IS)의 회전동력이 입력된다.
상기와 같은 조건에서 제3 유성기어셋트(PG3)는 제7 회전요소(N7)로 입력이 이루어지는 상태에서 제4 브레이크(B4)의 작동으로 제10 회전요소(N10)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 제4 속도선(PG3-4)을 형성하면서 회전하게 된다.
이에 따라 상기 제8 회전요소(N8)의 회전동력이 제2 유성기어셋트(PG2)의 제4 회전요소(N4)로 전달되고 있는 상태에서 제2 클러치(C2)의 작동으로 제5 회전요소(N5)로 입력축(IS)의 회전동력이 입력되는 바, 제2 유성기어셋트(PG2)에서는 제6 변속선(SP6)을 형성하면서 출력요소인 제6 회전요소(N6)를 통해 D6 만큼의 출력이 이루어지게 되어 변속비{입력축(IS)의 회전속도/출력기어(OG)의 회전속도} "0.800" 정도의 전진 6속 변속이 이루어지게 되는 것이다.
[전진 7속]
전진 7속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 6속의 상태에서 작동하던 제4 브레이크(B4)의 작동이 해제되고, 제3 브레이크(B3)가 작동 제어된다.
이에 따라 입력축(IS)의 회전동력은 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)로 동시 입력이 이루어짐과 동시에 제2 클러치(C2)의 작동으로 제5 회전요소(N5)에도 입력축(IS)의 회전동력이 입력된다.
상기와 같은 조건에서 제3 유성기어셋트(PG3)는 제7 회전요소(N7)로 입력이 이루어지는 상태에서 제3 브레이크(B3)의 작동으로 제9 회전요소(N9)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 제3 속도선(PG3-3)을 형성하면서 회전하게 된다.
이에 따라 상기 제8 회전요소(N8)의 회전동력이 제2 유성기어셋트(PG2)의 제4 회전요소(N4)로 전달되고 있는 상태에서 제2 클러치(C2)의 작동으로 제5 회전요소(N5)로 입력축(IS)의 회전동력이 입력되는 바, 제2 유성기어셋트(PG2)에서는 제7 변속선(SP7)을 형성하면서 출력요소인 제6 회전요소(N6)를 통해 D7 만큼의 출력이 이루어지게 되어 변속비{입력축(IS)의 회전속도/출력기어(OG)의 회전속도} "0.706" 정도의 전진 7속 변속이 이루어지게 되는 것이다.
[전진 8속]
전진 8속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 7속의 상태에서 작동하던 제3 브레이크(B3)의 작동이 해제되고, 제2 브레이크(B2)가 작동 제어된다.
이에 따라 입력축(IS)의 회전동력은 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)로 동시 입력이 이루어짐과 동시에 제2 클러치(C2)의 작동으로 제5 회전요소(N5)에도 입력축(IS)의 회전동력이 입력된다.
상기와 같은 조건에서 제3 유성기어셋트(PG3)는 제7 회전요소(N7)로 입력이 이루어지는 상태에서 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제8 회전요소(N8)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 제2 속도선(PG3-2)을 형성하면서 회전하게 된다.
이에 따라 상기 제8 회전요소(N8)와 연결되어 있는 제2 유성기어셋트(PG2)의 제4 회전요소(N4)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 제2 유성기어셋트(PG2)에서는 제8 변속선(SP8)을 형성하면서 출력요소인 제6 회전요소(N6)를 통해 D8 만큼의 출력이 이루어지게 되어 변속비{입력축(IS)의 회전속도/출력기어(OG)의 회전속도} "0.615" 정도의 전진 8속 변속이 이루어지게 되는 것이다.
[후진]
후진 변속단에서는 도 2에서와 같이 제1 브레이크(B1)와 제4 브레이크(B4)가 작동 제어된다.
이에 따라 입력축(IS)의 회전동력은 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)로 동시 입력이 이루어지게 된다.
이러한 상태에서 제3 유성기어셋트(PG3)에서는 제7 회전요소(N7)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제4 브레이크(B4)의 작동으로 제10 회전요소(N10)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 제4 속도선(PG3-4)을 형성하면서 제8 회전요소(N8)의 회전동력이 제2 유성기어셋트(PG2)의 제4 회전요소(N4)로 전달된다.
그리고 제2 유성기어셋트(PG2)의 상기와 같이 제4 회전요소(N4)로 입력이 이 루어지는 상태에서 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제5 회전요소(N5)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 후진 변속선(SR)을 형성하면서 출력요소인 제6 회전요소(N6)를 통해 REV 만큼의 출력이 이루어지게 되어 변속비{입력축(IS)의 회전속도/출력기어(OG)의 회전속도}로서 "-2.667" 정도의 후진 변속이 이루어지게 되는 것이다.
상기 변속과정의 각 변속단에서 제시하고 있는 변속비는 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)와 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)의 잇수를 10, 24로 하고,
제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)와 제6 회전요소(N6)인 제2 링기어(R2)의 잇수를 10, 16으로 하며,
제7 회전요소(N7)인 제3 선기어(S3)와 제10 회전요소(N10)인 제4 선기어(S4)와 제9 회전요소(N9)인 제3 링기어(R3)의 잇수를 10, 15, 30으로 하였을 때 얻을 수 있는 것이다.
상기에서 본 발명의 기어 트레인에 대한 바람직한 실시예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시 예에 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 기어 트레인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 기어 트레인에 적용되는 마찰요소의 변속단별 작동도.
도 3은 본 발명에 의한 기어 트레인의 변속선도이다.

Claims (8)

  1. 각각 3개의 회전요소를 구비하는 단순유성기어셋트로 이루어지는 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)와, 4개의 회전요소를 구비하는 복합 유성기어셋트로 이루어지는 제3 유성기어셋트(PG3)의 조합으로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인에 있어서,
    상기 제1 유성기어셋트(PG1)는 입력축(IS)과 직접 연결되어 항시 입력요소로 작동하는 제1 회전요소(N1)와, 제2 유성기어셋트(PG2)의 회전요소중 어느 하나의 회전요소와 선택적으로 연결되는 제2 회전요소(N2)와, 제2 유성기어셋트(PG2)의 회전요소중 어느 하나의 회전요소와 직접 연결되는 제3 회전요소(N3)를 포함하고,
    상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 상기 제3 회전요소(N3)와 직접 연결되는 제4 회전요소(N4)와, 상기 제2 회전요소(N2)와 선택적으로 연결됨과 동시에 변속기 하우징과 선택적으로 연결되는 한편 입력축(IS)과 선택적으로 연결되는 제5 회전요소(N5)와, 출력기어와 직접 연결되어 출력요소로 작동하는 제6 회전요소(N6)를 포함하며,
    상기 제3 유성기어셋트(PG3)는 입력축(IS)과 직접 연결되는 제7 회전요소(N7)와, 상기 제4 회전요소(N4)와 직접 연결되며 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되는 제8 회전요소(N8)와, 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되는 제9, 10 회전요소(N9)(N10)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  2. 제1항에 있어서, 제1,2,3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)를 배치하되, 엔진측으로부터 순차적으로 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  3. 제1항에 있어서, 제1 유성기어셋트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제1 회전요소(N1)는 제1 선기어(S1), 제2 회전요소(N2)는 제1 유성 캐리어(PC1), 제3 회전요소(N3)는 제1 링기어(R1)로 이루어지며,
    제2 유성기어셋트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제4 회전요소(N4)는 제2 선기어(S2), 제5 회전요소(N5)는 제2 유성 캐리어(PC2), 제6 회전요소(N6)는 제2 링기어(R2)로 이루어지고,
    제3 유성기어셋트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어셋트와 더블 피니언 유성기어셋트의 조합으로 이루어지되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하는 래비뉴 타입 유성기어셋트로서, 제7 회전요소(N7)는 숏 피니언(P2)과 치합되는 제4 선기어(S4), 제8 회전요소(N8)는 제3 링기어(R3), 제9 회전요소(N9)는 제3 유성 캐리어(R3), 제10 회전요소(N10)는 롱 피니언(P1)과 치합되는 제3 선기어(S3)로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 제1, 2, 3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)는 2개의 클러치(C1)(C2)와 4개의 브레이크(B1)(B2)(B3)(B4)로 조합하되,
    입력축(IS)을 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)에 직접 연결하고, 제3, 4, 8 회전요소(N3)(N4)(N8)를 직접 연결하며, 제6 회전요소(N6)를 출력기어(OG)와 직접 연결한 상태에서,
    제2 회전요소(N2)는 제1 클러치(C1)를 개재시켜 제5 회전요소(N5)와 연결하고, 제5 회전요소(N5)는 제2 클러치(C2)를 개재시켜 입력축(IS)에 연결됨과 동시에 제1 브레이크(B1)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결하고, 제8 회전요소(N8)는 제2 브레이크(B2)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결하며, 제9 회전요소(N9)는 제3 브레이크(B3)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결하고, 제10 회전요소(N10)는 제4 브레이크(B4)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결함을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  5. 제4항에 있어서, 제1 브레이크(B1)는 원웨이 클러치(F1)와 병렬 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  6. 제4항에 있어서, 전진 1속에서는 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고,
    전진 2속에서는 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며,
    전진 3속에서는 제1 클러치(C1)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고,
    전진 4속에서는 제1 클러치(C1)와 제4 브레이크(B4)가 작동되며,
    전진 5속에서는 제1, 2 클러치(C1)(C2)가 작동되고,
    전진 6속에서는 제2 클러치(C2)와 제4 브레이크(B4)가 작동되며,
    전진 7속에서는 제2 클러치(C2)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고,
    전진 8속에서는 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며,
    후진에서는 제1, 4 브레이크(B1)(B4)가 작동되면서 변속이 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  7. 제1 선기어(S1), 제1 유성캐리어(PC1), 제1 링기어(R1)를 구비하는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제1 유성기어셋트(PG1)와;
    제2 선기어(S2), 제2 유성캐리어(PC2), 제2 링기어(R2)를 구비하는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제2 유성기어셋트(PG2)와;
    싱글 피니언 유성기어셋트와 더블 피니언 유성기어셋트의 조합으로 이루어지되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하는 래비뉴 타입 유성기어셋트로서, 롱 피니언(P1)과 치합되는 제3 선기어(S3), 제3 유성 캐리어(PC3), 제3 링기어(R3), 숏 피니언(P2)와 치합되는 제4 선기어(S4)로 구비하는 제3 유성기어셋트(PG3)를 2개의 클러치(C1)(C2)와 4개의 브레이크(B1)(B2)(B3)(B4)로 조합하되,
    입력축(IS)을 제1 선기어(S1)와 제3 선기어(S3)에 직접 연결하고, 제1 링기어(R1)와 제2 선기어(S2) 및 제3 링기어(R3)를 직접 연결하며, 제2 링기어(R2)를 출력기어(OG)와 직접 연결한 상태에서,
    제1 유성 캐리어(PC1)는 제1 클러치(C1)를 개재시켜 제2 유성 캐리어(PC2)와 연결하고, 제2 유성 캐리어(PC2)는 제2 클러치(C2)를 개재시켜 입력축(IS)에 연결됨과 동시에 제1 브레이크(B1)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결하고, 제3 유성 캐리어(PC3)는 제2 브레이크(B2)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결하며, 제3 링기어(R3) 제3 브레이크(B3)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결하고, 제4 선기어(S4)는 제4 브레이크(B4)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결함을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  8. 제7항에 있어서, 제1 브레이크(B1)는 원웨이 클러치(F1)와 병렬 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
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