KR101371721B1

KR101371721B1 - 자동화 수동 변속기

Info

Publication number: KR101371721B1
Application number: KR1020120037141A
Authority: KR
Inventors: 어순기; 이동수; 박종윤
Original assignee: 현대자동차(주)
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2014-03-07
Also published as: DE102012106231B4; DE102012106231A1; KR20130114815A

Abstract

본 발명은 동기 치합식 변속메커니즘을 사용하면서도, 비교적 간단하고 컴팩트한 구성으로, 변속시에는 차량의 주행을 위해 공급되던 동력의 경로를 바꾸어 변속은 용이하게 이루어지도록 하면서, 동시에 변속중 발생되는 토크 저하 현상을 배제함으로써, 변속감 저하현상을 방지하여 부드럽고 안정된 변속감을 형성하여, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

자동화 수동 변속기{AUTOMATED MANUAL TRANSMISSION}

본 발명은 자동화 수동 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변속중 끌어 당기는 듯한 변속감 저하현상을 개선할 수 있도록 한 자동화 수동변속기의 구성에 관한 기술이다.

자동화 수동변속기는 차량의 운전중 액츄에이터에 의해 자동적으로 변속이 이루어져서 자동변속기와 유사한 편리함을 제공하고, 자동변속기보다 우수한 동력 전달 효율로 차량의 연비향상에 기여할 수 있다.

하지만, 동기치합식 변속메커니즘을 기반으로 하는 자동화 수동변속기의 경우, 액츄에이터에 의해 자동적으로 이루어지는 변속과정 중간에도 동력이 단절되는 순간이 필연적으로 존재하게 되며, 이에 따라 발생되는 토크 저하에 의해 마치 차량을 후방으로 끌어 당기는 듯한 변속감 저하현상이 수반되는 문제점이 있다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

첨단자동차섀시, 골든벨출판사, 김재휘저 87~94쪽

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 동기 치합식 변속메커니즘을 사용하면서도, 비교적 간단하고 컴팩트한 구성으로, 변속시에는 차량의 주행을 위해 공급되던 동력의 경로를 바꾸어 변속은 용이하게 이루어지도록 하면서, 동시에 변속중 발생되는 토크 저하 현상을 배제함으로써, 변속감 저하현상을 방지하여 부드럽고 안정된 변속감을 형성하여, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한 자동화 수동변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 자동화 수동변속기는

공통의 출력축과 다수의 변속단을 형성하도록 서로 평행하게 설치된 제1입력축 및 제2입력축과;

엔진의 플라이휠로부터 제공된 동력의 방향을 역전시켜 직접 상기 제1입력축 또는 제2입력축에 전달하거나 차단할 수 있도록 구비된 제1절환장치와;

상기 플라이휠로부터 클러치를 통해 제공된 동력의 방향을 역전시켜 상기 제1입력축 또는 제2입력축에 전달하거나 차단할 수 있도록 구비된 제2절환장치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기는

서로 평행하게 배치된 제1입력축 및 제2입력축과;

상기 제1입력축 및 제2입력축에 각각 다수의 변속단기어쌍으로 연결되도록 설치된 출력축과;

엔진으로부터의 회전력을 역방향으로 전환하여 상기 제1입력축과 제2입력축에 각각 선택적으로 제공할 수 있도록 구비된 제1절환장치 및 제2절환장치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기의 구조를 도시한 도면,
도 2 내지 도 6은 도 1의 구조를 기준으로 변속이 이루어지는 일련의 과정을 설명한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 자동화 수동 변속기의 실시예는 공통의 출력축(1)과 다수의 변속단을 형성하도록 서로 평행하게 설치된 제1입력축(3) 및 제2입력축(5)과; 엔진의 플라이휠(7)로부터 제공된 동력의 방향을 역전시켜 직접 상기 제1입력축(3) 또는 제2입력축(5)에 전달하거나 차단할 수 있도록 구비된 제1절환장치(9)와; 상기 플라이휠(7)로부터 클러치(11)를 통해 제공된 동력의 방향을 역전시켜 상기 제1입력축(3) 또는 제2입력축(5)에 전달하거나 차단할 수 있도록 구비된 제2절환장치(13)를 포함하여 구성된다.

즉, 엔진으로부터의 동력을 상기 제1절환장치(9) 및 제2절환장치(13)에 의해 상기 제1입력축(3)과 제2입력축(5)에 각각 선택적으로 제공할 수 있도록 구성함으로써, 변속중이 아닌 일반적인 주행상황에서의 동력흐름을 형성함은 물론, 변속중에 변속을 위해 동력이 차단되는 경로 이외의 다른 경로를 통해 별도의 동력흐름을 형성할 수 있도록 함으로써, 변속중의 토크 저감 현상을 배제할 수 있도록 하는 것이다.

상기 제1입력축(3)과 제2입력축(5)은 상기 출력축(1)과 형성하는 일련의 변속단들 중 홀수변속단과 짝수변속단을 각각 나누어 형성하도록 설치되는 것이 바람직할 것이다. 즉, 종래의 DCT와 유사하게 두 입력축 중 어느 한 쪽에 속한 변속단으로부터 순차적으로 다음 변속단으로의 변속이 다른 입력축에 의해 이루어질 수 있도록 함으로써, DCT의 프리셀렉팅 기능도 구현할 수 있을 것이기 때문이다.

참고로, 본 실시예에서, 상기 제1입력축(3)에는 1,3,5,R단이 배치되고 상기 제2입력축(5)에는 2,4,6단이 배치된 구조를 취하였다.

본 실시예에서, 상기 제1절환장치(9)는 상기 플라이휠(7)에 직결된 제1구동축(15)과; 상기 제1구동축(15)에 선기어(S)가 일체로 연결된 제1유성기어세트(PG1)와; 상기 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R) 외측에 자유회전 가능하게 설치됨과 아울러 각각 상기 제1입력축(3)과 제2입력축(5)으로 회전력을 전달할 수 있도록 형성된 제1자유기어(17) 및 제2자유기어(19)와; 상기 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R)를 상기 제1자유기어(17)에 직결시키거나 상기 제2자유기어(19)에 직결시키거나 또는 모두로부터 차단한 중립상태로 전환할 수 있도록 하는 제1동력단속기구(21)를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 제1절환장치(9)는 상기 엔진으로부터 전달되는 회전력의 방향을 상기 제1유성기어세트(PG1)로 역전시켜서 상기 제1동력단속기구(21)를 통해 상기 제1입력축(3) 또는 제2입력축(5)으로 전달할 수 있도록 구성한 것이다. 물론, 상기 제1유성기어세트(PG1)는 회전력의 방향을 전환하기 위하여 싱글피니언 단순유성기어를 사용하고 있다.

상기 제1동력단속기구(21)는 상기 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R)에 회전이 구속되게 설치되는 허브(H)와, 상기 허브(H)의 외측에 스플라인 결합되어 축방향을 따라 직선운동함에 의해 상기 허브(H)를 상기 제1자유기어(17)에 직결시키거나 상기 제2자유기어(19)에 직결시키거나 상기 제1자유기어(17) 및 제2자유기어(19) 모두에 연결시키지 않도록 하는 슬리브(SL)를 포함하여 구성되는 동기치합기구로 이루어질 수 있다.

물론, 상기 동기치합기구는 후술하는 바와 같이 상기 제2동력단속기구를 구성하는 메커니즘으로도 공통되게 사용될 수 있으며, 이외에 싱크로나이저링과 키이 등의 부품을 더 포함하여 구성됨은 물론이다.

상기 제2절환장치(13)는 상기 플라이휠(7)에 클러치(11)를 통해 연결된 제2구동축(23)과; 상기 제2구동축(23)에 선기어(S)가 일체로 연결된 제2유성기어세트(PG2)와; 상기 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R) 외측에 자유회전 가능하게 설치됨과 아울러 각각 상기 제1입력축(3)과 제2입력축(5)으로 회전력을 전달할 수 있도록 형성된 제3자유기어(25) 및 제4자유기어(27)와; 상기 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R)를 상기 제3자유기어(25)에 직결시키거나 상기 제4자유기어(27)에 직결시키거나 또는 모두로부터 차단한 중립상태로 전환할 수 있도록 하는 제2동력단속기구(29)를 포함하여 구성된다.

상기 제2동력단속기구(29)도 상기 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R)에 회전이 구속되게 설치되는 허브(H)와, 상기 허브(H)의 외측에 스플라인 결합되어 축방향을 따라 직선운동함에 의해 상기 허브(H)를 상기 제3자유기어(25)에 직결시키거나 상기 제4자유기어(27)에 직결시키거나 상기 제3자유기어(25) 및 제4자유기어(27) 모두에 연결시키지 않도록 하는 슬리브(SL)를 포함하여 구성되는 동기치합기구로 이루어질 수 있다.

물론, 상기 제1동력단속기구(21) 및 제2동력단속기구(29)는 상기와 같은 동기치합기구 이외에, 건식 또는 습식 마찰클러치, 도그 클러치, 마찰밴드, 마그네틱 클러치, 래치기구 등과 같은 다양한 메커니즘으로 대체될 수 있을 것이다.

본 실시예에서, 상기 제2구동축(23)은 중공축으로 형성되고, 상기 제1구동축(15)은 상기 플라이휠(7)로부터 상기 제2구동축(23)을 관통하여 상기 제1유성기어세트(PG1)에 연결되며, 상기 제1입력축(3)에는 상기 제1자유기어(17)에 치합되는 제1종동기어(31)와 상기 제3자유기어(25)에 치합되는 제2종동기어(33)가 구비되고, 상기 제2입력축(5)에는 상기 제2자유기어(19)에 치합되는 제3종동기어(35)와 상기 제4자유기어(27)에 치합되는 제4종동기어(37)가 구비된 구성이다.

상기와 같이 본 발명의 변속기는 제1구동축(15)이 상기 제2구동축(23) 내에 동심축을 이루어 배치되고, 상기 제1절환장치(9)와 제2절환장치(13)가 서로 인접하게 배치됨에 따라, 변속기를 보다 컴팩트하게 구성할 수 있게 된다. 또한, 상기한 바와 같이 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)를 통하여 엔진으로부터의 회전력을 역전시켜서 상기 제1입력축(3) 및 제2입력축(5)에 전달하도록 함으로써, 상기 출력축(1) 이후에 별도의 중간축 등을 구비하지 않고도, 엔진의 회전방향과 동일한 최종 출력의 회전방향을 일치시킬 수 있어서, 엔진이 횡치된 FF차량에 컴팩트하고 상대적으로 작은 중량을 가지는 변속기로서 제공될 수 있게 된다.

한편, 상기 제1자유기어(17)와 제1종동기어(31)의 크기 및 기어비는 상기 제3자유기어(25)와 제2종동기어(33)의 크기 및 기어비와 동일한 것이 바람직하며, 상기 제2자유기어(19)와 제3종동기어(35)의 크기 및 기어비는 상기 제4자유기어(27)와 제4종동기어(37)의 크기 및 기어비와 동일한 것이 바람직할 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 변속작용을 도 2 내지 도 6을 참조하여 살펴본다.

도 2는 1속 운전중의 동력 전달 상태를 도시한 것으로서, 상기 클러치(11)가 플라이휠(7)에 접속되어 상기 제2구동축(23)이 구동되며, 상기 제2구동축(23)의 회전력은 상기 제2유성기어세트(PG2)에서 그 방향이 반대방향으로 전환되고, 상기 제2절환장치(13)의 제2동력단속기구(29)는 슬리브(SL)가 제3자유기어(25)를 연결하여, 상기 제2구동축(23)의 동력이 상기 제3자유기어(25)와 제2종동기어(33)를 통해 상기 제1입력축(3)을 구동하고 있으며, 상기 제1입력축(3)의 회전력은 1-3단동기치합장치(39)가 1단변속단기어를 상기 제1입력축(3)에 연결하고 있으므로, 상기 1단변속단기어를 통해 출력축(1)으로 1단의 변속비로 동력을 전달하도록 하는 상태이다.

즉, 상기 제2유성기어세트(PG2)를 통하여 엔진으로부터의 회전력이 역방향으로 전환되어 상기 제1입력축(3)으로 전달되므로, 상기 제1입력축(3)은 엔진의 회전방향과 동일한 방향으로 회전되며, 상기 출력축(1)은 엔진과 반대방향으로 회전되고, 최종적으로 상기 출력축(1)은 차동장치를 구동하므로, 상기 차동장치 및 구동륜은 엔진의 회전방향과 동일한 방향의 회전력을 전달받게 된다.

상기와 같은 상태로부터 2단으로의 변속이 이루어지기 시작하면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1절환장치(9)의 제1동력단속기구(21)는 슬리브(SL)가 상기 제1자유기어(17)를 상기 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R)에 연결하여, 엔진의 동력이 상기 제1구동축(15)과 제1유성기어세트(PG1) 및 제1자유기어(17)를 통해 상기 제1종동기어(31)로 공급되도록 함으로써, 상기 제1입력축(3)에는 상기 제1종동기어(31)와 제2종동기어(33)를 통해 동시에 동력이 공급되는 상황이 된다.

이때, 상기 제1자유기어(17)와 제1종동기어(31)의 크기 및 기어비가 상기 제3자유기어(25)와 제2종동기어(33)의 크기 및 기어비와 동일하므로, 상기와 같이 제1동력단속기구(21)의 슬리브(SL)가 결합되는 데에는 지장이 없다.

상기와 같은 상태로부터 상기 클러치(11)를 차단하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2구동축(23)은 더 이상 동력을 전달받지 못하므로 상기 제1입력축(3)으로 동력을 제공하지 못하게 되지만, 상기 제1구동축(15)은 여전히 플라이휠(7)과 함께 구동되면서, 상기 제1자유기어(17)와 제1종동기어(31)를 통해 상기 제1입력축(3)에 동력을 제공하여, 상기 제1입력축(3)과 출력축(1)은 여전히 1단변속단을 형성하며 출력축(1)으로 동력을 제공하는 상태를 유지하게 된다.

또한, 상기 제2입력축(5)에는 현재 상기 제1구동축(15)이나 제2구동축(23)으로부터 동력을 전달받고 있는 상황이 아니므로, 2-4단동기치합장치(41)가 2단변속단기어를 상기 제2입력축(5)에 직결시켜 2단으로의 변속을 준비한다.

도 5에서는 상기 제2절환장치(13)의 슬리브(SL)가 상기 제4자유기어(27)를 상기 제2구동축(23)에 설치된 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R)에 연결시켜서 2단 동력 전달을 준비하는 상황을 도시하고 있다.

이어서 도 6과 같이, 상기 제1절환장치(9)의 슬리브(SL)를 중립상태로 해제하여 상기 제1입력축(3)으로의 동력전달을 차단함과 동시에, 상기 클러치(11)를 결합시켜서 상기 플라이휠(7)의 회전력이 상기 제2구동축(23)과 제2유성기어세트(PG2), 제4자유기어(27) 및 제4종동기어(37)를 통하여 상기 제2입력축(5)으로 전달되도록 하며, 상기 제2입력축(5)의 회전력은 상기 2-4단동기치합장치(41) 및 상기 2단변속단기어를 통하여 출력축(1)으로 2단의 변속단을 형성하면서 인출되게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 1단으로부터 2단으로의 변속중에 지속적으로 출력축(1)으로 동력을 제공할 수 있게 되어, 변속중 출력축(1)의 토크가 저감되는 현상이 배제되게 되는 것이다.

실질적으로 상기 변속과정 중 1-3단동기치합장치(39)나 2-4단동기치합장치(41)의 작동시점은 상기한 설명에 국한되지 않고, 가능한 범위 내에서 미리 작동되거나 후에 작동되어, 예컨대 프리셀렉팅 등의 기능을 수행하도록 할 수 있다.

기타 나머지 변속단의 변속과정은 상기와 거의 동일하게 이루어질 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 출력축
3; 제1입력축
5; 제2입력축
7; 플라이휠
9; 제1절환장치
11; 클러치
13; 제2절환장치
15; 제1구동축
17; 제1자유기어
19; 제2자유기어
21; 제1동력단속기구
23; 제2구동축
25; 제3자유기어
27; 제4자유기어
29; 제2동력단속기구
31; 제1종동기어
33; 제2종동기어
35; 제3종동기어
37; 제4종동기어
39; 1-3단동기치합장치
41; 2-4단동기치합장치
SL; 슬리브
S; 선기어
PG1; 제1유성기어세트
R; 링기어
H; 허브
PG2; 제2유성기어세트

Claims

삭제
공통의 출력축(1)과 다수의 변속단을 형성하도록 서로 평행하게 설치된 제1입력축(3) 및 제2입력축(5)과;
엔진의 플라이휠(7)로부터 제공된 동력의 방향을 역전시켜 직접 상기 제1입력축(3) 또는 제2입력축(5)에 전달하거나 차단할 수 있도록 구비된 제1절환장치(9)와;
상기 플라이휠(7)로부터 클러치(11)를 통해 제공된 동력의 방향을 역전시켜 상기 제1입력축(3) 또는 제2입력축(5)에 전달하거나 차단할 수 있도록 구비된 제2절환장치(13);
를 포함하여 구성되며,
상기 제1절환장치(9)는
상기 플라이휠(7)에 직결된 제1구동축(15)과;
상기 제1구동축(15)에 선기어(S)가 일체로 연결된 제1유성기어세트(PG1)와;
상기 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R) 외측에 자유회전 가능하게 설치됨과 아울러 각각 상기 제1입력축(3)과 제2입력축(5)으로 회전력을 전달할 수 있도록 형성된 제1자유기어(17) 및 제2자유기어(19)와;
상기 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R)를 상기 제1자유기어(17)에 직결시키거나 상기 제2자유기어(19)에 직결시키거나 또는 모두로부터 차단한 중립상태로 전환할 수 있도록 하는 제1동력단속기구(21);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 제1동력단속기구(21)는
상기 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R)에 회전이 구속되게 설치되는 허브(H)와, 상기 허브(H)의 외측에 스플라인 결합되어 축방향을 따라 직선운동함에 의해 상기 허브(H)를 상기 제1자유기어(17)에 직결시키거나 상기 제2자유기어(19)에 직결시키거나 상기 제1자유기어(17) 및 제2자유기어(19) 모두에 연결시키지 않도록 하는 슬리브(SL)를 포함하여 구성되는 동기치합기구로 이루어진 것
을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 제2절환장치(13)는
상기 플라이휠(7)에 클러치(11)를 통해 연결된 제2구동축(23)과;
상기 제2구동축(23)에 선기어(S)가 일체로 연결된 제2유성기어세트(PG2)와;
상기 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R) 외측에 자유회전 가능하게 설치됨과 아울러 각각 상기 제1입력축(3)과 제2입력축(5)으로 회전력을 전달할 수 있도록 형성된 제3자유기어(25) 및 제4자유기어(27)와;
상기 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R)를 상기 제3자유기어(25)에 직결시키거나 상기 제4자유기어(27)에 직결시키거나 또는 모두로부터 차단한 중립상태로 전환할 수 있도록 하는 제2동력단속기구(29);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기.
청구항 4에 있어서,
상기 제2동력단속기구(29)는
상기 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R)에 회전이 구속되게 설치되는 허브(H)와, 상기 허브(H)의 외측에 스플라인 결합되어 축방향을 따라 직선운동함에 의해 상기 허브(H)를 상기 제3자유기어(25)에 직결시키거나 상기 제4자유기어(27)에 직결시키거나 상기 제3자유기어(25) 및 제4자유기어(27) 모두에 연결시키지 않도록 하는 슬리브(SL)를 포함하여 구성되는 동기치합기구로 이루어진 것
을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기.
청구항 4에 있어서,
상기 제2구동축(23)은 중공축으로 형성되고;
상기 제1구동축(15)은 상기 플라이휠(7)로부터 상기 제2구동축(23)을 관통하여 상기 제1유성기어세트(PG1)에 연결되며;
상기 제1입력축(3)에는 상기 제1자유기어(17)에 치합되는 제1종동기어(31)와 상기 제3자유기어(25)에 치합되는 제2종동기어(33)가 구비되고;
상기 제2입력축(5)에는 상기 제2자유기어(19)에 치합되는 제3종동기어(35)와 상기 제4자유기어(27)에 치합되는 제4종동기어(37)가 구비된 것
을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기.
청구항 6에 있어서,
상기 제1자유기어(17)와 제1종동기어(31)의 크기 및 기어비는 상기 제3자유기어(25)와 제2종동기어(33)의 크기 및 기어비와 동일하고;
상기 제2자유기어(19)와 제3종동기어(35)의 크기 및 기어비는 상기 제4자유기어(27)와 제4종동기어(37)의 크기 및 기어비와 동일한 것
을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기.
청구항 2 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1입력축(3)과 제2입력축(5)은 상기 출력축(1)과 형성하는 일련의 변속단들 중 홀수변속단과 짝수변속단을 각각 나누어 형성하도록 설치된 것
을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기.
청구항 2 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)는 싱글피니언 단순유성기어장치로 구성된 것
을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기.
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