KR101566734B1

KR101566734B1 - 차량의 변속장치

Info

Publication number: KR101566734B1
Application number: KR1020130158812A
Authority: KR
Inventors: 이경훈; 박종술; 이승호
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-11-06
Also published as: KR20150071601A

Abstract

차량용 변속장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 중공축으로 외주 측에 하나 이상의 입력기어가 고정 배치되어 동력원의 출력 측에 선택적으로 연결되는 제1 입력축; 실축으로 외주 측에 하나 이상의 입력기어가 고정 배치되어 상기 제1 입력축의 중공부에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 동력원의 출력 측과 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 상기 제1 입력축과 상기 동력원을 선택적으로 연결하는 제1 클러치; 상기 제2 입력축과 상기 동력원을 선택적으로 연결하는 제2 클러치; 상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 구비되며, 상기 제1 입력축에 배치된 어느 하나의 입력기어, 및 상기 제2 입력축에 배치된 어느 하나의 입력기어에 각각 기어 외접 기어 연결되는 2개의 변속기어와, 상기 2개의 변속기어를 상기 제1 출력축과 선택적으로 연결하는 제1 싱크로나이저를 포함하는 제1 변속출력기구; 및 상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제2 입력축에 배치된 다른 하나의 입력기어와 외접 기어 연결된 하나의 변속기어와, 상기 하나의 변속기어를 제2 출력축과 선택적으로 연결하는 제2 싱크로나이저, 상기 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제1 입력축에 배치된 다른 하나의 입력기어와 외접 기어 연결된 다른 하나의 변속기어와, 상기 다른 하나의 변속기어를 상기 제2 출력축과 선택적으로 연결하는 제3 싱크로나이저를 포함하는 제2 변속출력기구를 포함한다.

Description

차량의 변속장치{POWER TRANSMISSION APPARATUS FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 차량용 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 4개의 고정 기어비를 제공하는 더블 클러치 변속기 구조에서 변속단 프리 셀렉트(PRE-SELECT) 기능을 구현하고, 별도의 후진변속기구 없이 후진 변속이 가능하도록 하여 변속기의 전장을 최소화할 수 있는 차량용 변속장치에 관한 것이다.

차량에 있어서의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심 기술로서, 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.

상기 미래형 자동차 기술은 전기 에너지를 이용하는 전기 자동차(EV : Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(HEV : Hybrid Electric Vehicle), 효율과 편의성을 향상시킨 더블 클러치 변속기(DCT : Double Clutch Transmission)를 예로 들 수 있다.

또한, 자동차 메이커에서는 각 국의 배기가스 규제를 만족시키고, 연비성능의 향상을 위하여 동력전달계통의 효율 향상을 위한 수단으로 ISG(Idle Stop And Go)장치와, 회생제동(Regenerative Braking)장치 등의 기술을 실용화하기 위하여 노력하고 있다.

상기 ISG장치는 차량 정지 중에 엔진을 정지시키고, 출발할 때 엔진을 시동하는 기술이며, 상기 회생제동장치는 차량의 감속 제동 시에 기존의 마찰에 의한 제동 대신에 차량의 운동에너지를 이용하는 발전기를 구동시키고, 이때 발생되는 전기에너지를 배터리에 저장하였다가 재사용 하는 기술이다.

그리고 본 발명의 변속기가 적용될 수 있는 하이브리드 전기자동차는 2개 이상의 에너지원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있는데, 통상적으로 기존 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과, 전기 에너지에 의하여 구동되는 모터/제너레이터가 혼합(Hybrid)되어 구성된다.

또한, 상기와 같은 하이브리드 전기자동차에 적용될 수 있는 변속기로서는 DCT(더블 클러치 변속기)를 하나의 예로 들 수 있으며, DCT는 수동 변속기 구조에 2개의 클러치를 적용하여 효율을 높이고, 편의성을 향상시킬 수 있다.

즉, 상기 DCT는 클러치 2개를 적용하여 홀수단 및 짝수단을 번갈아 작동시키면서 변속이 이루어지는 변속기로서, 상기와 같이 홀수단 및 짝수단의 변속을 번갈아 작동시키는 매커니즘은 기존 MT(수동변속기) 및 AMT(자동화 수동 변속기)가 갖고 있는 변속 과정에서의 토크 단절감을 개선할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 4개의 고정 기어비를 제공하는 더블 클러치 변속기 구조에서 변속단 프리 셀렉트(PRE-SELECT) 기능을 구현하고, 별도의 후진변속기구 없이 후진 변속이 가능하도록 하여 변속기의 전장을 최소화할 수 있는 차량용 변속장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 중공축으로 외주 측에 하나 이상의 입력기어가 고정 배치되어 동력원의 출력 측에 선택적으로 연결되는 제1 입력축; 실축으로 외주 측에 하나 이상의 입력기어가 고정 배치되어 상기 제1 입력축의 중공부에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 동력원의 출력 측과 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 상기 제1 입력축과 상기 동력원을 선택적으로 연결하는 제1 클러치; 상기 제2 입력축과 상기 동력원을 선택적으로 연결하는 제2 클러치; 상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 구비되며, 상기 제1 입력축에 배치된 어느 하나의 입력기어, 및 상기 제2 입력축에 배치된 어느 하나의 입력기어에 각각 기어 외접 기어 연결되는 2개의 변속기어와, 상기 2개의 변속기어를 상기 제1 출력축과 선택적으로 연결하는 제1 싱크로나이저를 포함하는 제1 변속출력기구; 및 상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제2 입력축에 배치된 다른 하나의 입력기어와 외접 기어 연결된 하나의 변속기어와, 상기 하나의 변속기어를 제2 출력축과 선택적으로 연결하는 제2 싱크로나이저, 상기 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제1 입력축에 배치된 다른 하나의 입력기어와 외접 기어 연결된 다른 하나의 변속기어와, 상기 다른 하나의 변속기어를 상기 제2 출력축과 선택적으로 연결하는 제3 싱크로나이저를 포함하는 제2 변속출력기구를 포함하는 차량용 변속장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제1 입력축은 후진을 포함하는 홀수 변속단에 관계하는 입력기어들이 배치되고, 상기 제2 입력축은 짝수 변속단에 관계하는 입력기어들이 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 입력축 상의 입력기어는 제3속을 구현하기 위한 입력기어로 작용하는 제1 입력기어, 제1속 및 후진을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제2 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되고, 상기 제2 입력축 상의 입력기어는 제2속을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제3 입력기어, 제4속을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제4 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 싱크로나이저는 제2 입력기어에 외접 기어 연결되는 제1속 및 후진 변속기어, 또는 제4 입력기어와 외접 기어 연결되는 제4속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결할 수 있다.

또한, 상기 제2 싱크로나이저는 제3 입력기어와 외접 기어 연결되는 제2속 변속기어를 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결할 수 있다.

또한, 상기 제3 싱크로나이저는 제1 입력기어와 외접 기어 연결되는 제3속 변속기어를 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결할 수 있다.

또한, 상기 동력원은 모터와 제너레이터 기능을 수행하는 모터/제너레이터로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 동력원은 엔진과 모터/제너레이터로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 엔진의 출력 측이 제3 클러치를 통하여 상기 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되고, 상기 모터/제너레이터의 출력 측이 상기 제1 입력축 또는 제2 입력축에 선택적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 동력원은 엔진과 유성기어세트를 포함하는 모터/제너레이터로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 유성기어세트는 더블 피니언 유성기어세트로 이루어져, 선기어가 모터/제너레이터와 연결되고, 링기어가 제1 입력축에 연결되며, 유성캐리어가 제3 클러치에 의해 엔진에 선택적으로 연결됨과 동시에, 제1 클러치에 의해 상기 제1 입력축과 선택적으로 연결되거나, 제2 클러치에 의해 상기 제2 입력축에 선택적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 제1 출력축 상의 제1 출력기어와 상기 제2 출력축 상의 제2 출력기어와 외접 기어 연결되는 디프렌셜 기구를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 EV 및 HEV용 더블 클러치 변속기에 적용될 수 있는 변속장치로서, 전진 4속 및 EV 후진 1속의 변속단을 구현 가능하고, 변속단 프리-셀렉트 기능을 구현할 수 있다.

또한, 동력원으로서 모터/제너레이터를 사용하여 EV용 변속장치로 사용할 수 있고, 엔진과 모터/제너레이터를 사용하여 HEV용 변속장치로도 사용할 수 있다.

또한, HEV용 변속장치에서는 유성기어세트를 적용하여 부드러운 발진이 이루어질 수 있으며, 엔진의 동력을 차단한 상태에서 모터/제너레이터만으로 발진이 가능하여 부드러운 발진이 이루어질 수 있다.

또한, 모터/제너레이터(MG)를 역구동시켜 후진의 변속단을 구현할 수 있으므로 제1, 제2 변속출력기구 외에 별도의 후진변속기구가 필요하지 않으며, 이에 따라 변속기의 전장을 줄일 수 있고, 탑재성을 높일 수 있다.

또한, HEV용 변속장치로 사용될 때에는 모터/제너레이터의 회전동력을 엔진의 보조동력으로 사용할 수 있어 가속 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1, 제2, 제3 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 통하여 상세하게 설명한다.

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치는 입력수단, 동력단속수단, 변속출력수단으로 구분할 수 있다.

상기 입력수단으로는 제1 입력축(IS1)과 제2 입력축(IS2)을 들 수 있으며, 상기 동력단속수단은 제1 클러치(CL1)와 제2 클러치(CL2)를 들 수 있으며, 상기 변속출력수단은 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)와 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제1, 제2 변속출력기구(OUT1)(OUT2)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 입력축(IS1)은 중공축으로 이루어져, 전단부가 동력원의 출력 측과 선택적으로 연결되고, 외주 측에는 전측으로부터 순차적으로 제1, 제2 입력기어(G1)(G2)가 상호 간격을 두고 배치된다.

상기 제2 입력축(IS1)은 실축으로 이루어져, 상기 제1 입력축(IS1)의 중공부를 회전 간섭 없이 관통하여 전단부가 동력원의 출력 측과 선택적으로 연결되고, 외주 측에는 전측으로부터 순차적으로 제3, 제4 입력기어(G3)(G4)가 상호 간격을 두고 배치된다.

상기에서 제1, 제2, 제3, 제4 입력기어(G1)(G2)(G3)(G4)는 각 변속단별 입력기어로서, 제1 입력기어(G1)는 제3속을 구현하기 위한 입력기어이고, 제2 입력기어(G2)는 제1속 및 후진을 구현하기 위한 입력기어이고, 제3 입력기어(G3)는 제2속을 구현하기 위한 입력기어이고, 제4 입력기어(G4)는 제4속을 구현하기 위한 입력기어로 작용하도록 기어 잇수가 설정된다.

즉, 상기 제1 입력축(IS1)에는 홀수 변속단을 구현하기 위한 입력기어들이 형성되고, 제2 입력축(IS2)에는 짝수 변속단을 구현하기 위한 입력기어들이 형성된다.

상기에서 동력원이라고 함은 동력발생장치로서, 엔진 또는 모터/제너레이터를 예를 들 수 있는데, 본 발명에 따른 제1 실시 예에서는 모터/제너레이터(MG)를 적용한 예를 도시하고 있다.

상기에서, 모터/제너레이터(MG)는 모터와 제너레이터 기능을 수행할 수 있으며, 변속기 하우징에 고정되는 스테이터(ST)와, 상기 스테이터(ST)의 반경방향 내측에서 회전 가능하게 지지되는 로터(RT)를 포함하여 이루어지며, 상기 로터(RT)가 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)과 선택적으로 연결되면서 동력을 전달한다.

그리고 제1 클러치(CL1)는 상기 동력원의 출력 측과 제1 입력축(IS1) 사이에 배치되고, 상기 제2 클러치(CL2)는 동력원의 출력 측과 제2 입력축(IS2) 사이에 배치된다.

상기에서, 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)는 공지의 유체 다판 클러치로 이루어져 유압제어시스템(미도시)에 의하여 작동 및 비작동 제어될 수 있다.

또한, 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)는 회전체와 회전체를 선택적으로 연결하는 것이므로 자동 제어가 가능한 싱크로나이저 또는 도그 클러치, 건식 다판 클러치 등을 적용할 수 있다.

그리고 상기 제1 변속출력기구(OUT1)는 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제1 출력축(OS1)과, 제1속 및 후진 변속기어(D1/R)와 제4속 변속기어(D4)를 포함하는 제1 싱크로나이저(SL1)로 이루어지고, 상기 제1 출력축(OS1)은 제1 출력기어(OG1)를 포함한다.

상기 제1 싱크로나이저(SL1)를 형성하는 제1속 및 후진 변속기어(D1/R)는 제2 입력기어(G2)와 외접 기어 연결되고, 제4속 변속기어(D4)는 제4 입력기어(G4)와 외접 기어 연결된다.

이에 따라, 상기 제1 싱크로나이저(SL1)는 상기 제1속 및 후진 변속기어(D1/R)와 제4 변속기어(D4)를 선택적으로 제1 출력축(OS1)과 동기 연결한다.

그리고 상기 제1 변속출력기구(OUT1)를 통해 변속된 회전동력은 제1 출력축(OS1)의 전단부 또는 후단부에 장착된 제1 출력기어(OG1)와 외접 기어 연결되는 종감속기어(FG)를 통해 디프렌셜 기구(DIFF)로 전달된다.

또한, 상기 제2 변속출력기구(OUT2)는 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제2 출력축(OS2)과, 제2속 변속기어(D2)를 포함하는 제2 싱크로나이저(SL2)와, 제3속 변속기어(D3)를 포함하는 제3 싱크로나이저(SL3)로 이루어지고, 상기 제2 출력축(OS2)는 제2 출력기어(OG2)를 포함한다.

여기서, 상기 제2 싱크로나이저(SL2)는 제2 출력축(OS2)의 후측에 배치되고, 제3 싱크로나이저(SL3)는 제2 출력축(OS2)의 전측에 배치된다.

상기 제2 싱크로나이저(SL2)를 형성하는 제2속 변속기어(D2)는 제3 입력기어(G3)와 외접 기어 연결된다.

이에 따라, 상기 제2 싱크로나이저(SL2)는 상기 제2속 변속기어(D2)를 선택적으로 제2 출력축(OS2)과 동기 연결한다.

상기 제3 싱크로나이저(SL3)를 형성하는 제3속 변속기어(D3)는 제1 입력기어(G1)와 외접 기어 연결된다.

이에 따라, 상기 제3 싱크로나이저(SL3)는 상기 제3속 변속기어(D3)를 선택적으로 제2 출력축(OS2)과 동기 연결한다.

이와 같이, 상기 제2 변속출력기구(OUT2)를 통해 변속된 회전동력은 제2 출력축(IS2)의 전단부 또는 후단부에 장착된 제2 출력기어(OG2)와 외접 기어 연결되는 종감속기어(FD)를 통해 디프렌셜 기구(DIFF)로 전달된다.

상기에서, 제1, 제2, 제3 싱크로나이저(SL1 ∼ SL3)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제1, 제2, 제3 싱크로나이저(SL1 ∼ SL3)에 적용되는 제1, 제2, 제3 슬리이브(SLE1)(SLE2)(SLE3)는 공지에서와 같이 미도시된 별도의 액추에이터를 구비하며, 상기 액추에이터는 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 제어되면서 변속을 실시한다.

도 2는 본 발명의 제1, 제2, 제3 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에서는 동력원이 모터/제너레이터(MG)로만 이루어짐에 따라 EV 후진, 전진 1속부터 전진 4속까지 변속이 이루어질 수 있다.

[EV 후진]

EV 후진 변속단에서는 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SEL1)를 통해 제1 출력축(IS1)과 제1속 및 후진 변속기어(D1/R)를 동기시킨 다음, 제1 클러치(CL1)를 작동시키면, EV 후진 변속이 이루어진다.

이러한 EV 후진 변속단에서는 상기 모터/제네레이터(MG)가 역회전 구동하며, 상기 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 역회전 회전동력이 제1 입력축(IS1), 제2 입력기어(G2), 제1속 및 후진 변속기어(D1/R), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1)를 통해 종감속기어(FG)로 전달되면서 후진 주행이 이루어진다.

[전진 1속]

전진 1속에서는 상기 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SEL1)를 통해 제1속 변속기어(D1)와 제1 출력축(IS1)을 동기 연결한 후에 제1 클러치(CL1)를 작동시키면 제1속 변속이 이루어진다.

이때, 모터/제너레이터(MG)는 정회전되며, 회전동력이 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제2 입력기어(G2), 제1속 및 후진 변속기어(D1/R), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1)를 통해 종감속기어(FG)로 전달되면서 전진 1속 주행이 이루어진다.

그리고 상기와 같이 전진 1속 변속이 완료된 후에는 다음 전진 2속 변속을 위하여 제2 싱크로나이저(SL2)의 제2 슬리이브(SEL2)를 통해 제2속 변속기어(D2)와 제2 출력축(OS2)을 동기 연결한다.

[전진 2속]

상기 제1속의 상태에서 차속이 증가하여 제2속으로 변속을 하고자 할 때에는 상기 제1속의 상태에서 제1 클러치(CL2)의 작동을 해제하고, 제2 클러치(CL2)를 작동 제어하면, 제2속 변속이 이루어진다.

즉, 상기 전진 1속 상태에서 예비 동작으로 제2 싱크로나이저(SL2)의 제2 슬리이브(SEL2)를 통해 제2속 변속기어(D2)와 제2 출력축(OS2)이 연결된 상태로, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 자연스럽게 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제3 입력기어(G3), 제2속 변속기어(D2), 제2 출력축(OS2), 제2 출력기어(OG2)를 통해 종감속기어(FG)로 전달되면서 전진 2속 주행이 이루어진다.

그리고 상기와 같이 전진 2속 변속이 완료된 후에는 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 중립 상태로 제어하고, 다음 전진 3속 변속을 위하여 제3 싱크로나이저(SL3)의 제3 슬리이브(SEL3)를 통해 제3속 변속기어(D3)와 제2 출력축(IS2)을 동기 연결한다.

[전진 3속]

상기 제2속의 상태에서 차속이 증가하여 제3속으로 변속을 하고자 할 때에는 상기 제2속의 상태에서 제2 클러치(CL2)의 작동을 해제하고, 제1 클러치(CL1)를 작동 제어하면, 제3속 변속이 이루어진다.

즉, 상기 전진 2속 상태에서 예비 동작으로 제3 싱크로나이저(SL3)의 제3 슬리이브(SEL3)를 통해 제3속 변속기어(D3)와 제2 출력축(OS2)이 연결된 상태로, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 자연스럽게 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제1 입력기어(G1), 제3속 변속기어(D3), 제2 출력축(OS2), 제2 출력기어(OG2)를 통해 종감속기어(FG)로 전달되면서 전진 3속 주행이 이루어진다.

그리고 상기와 같이 전진 3속 변속이 완료된 후에는 제2 싱크로나이저(SL2)의 제2 슬리이브(SLE2)를 중립 상태로 제어하고, 다음 전진 4속 변속을 위하여 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SEL1)를 통해 제4속 변속기어(D4)와 제1 출력축(IS1)을 동기 연결한다.

[전진 4속]

상기 제3속의 상태에서 차속이 증가하여 제4속으로 변속을 하고자 할 때에는 상기 제3속의 상태에서 제1 클러치(CL1)의 작동을 해제하고, 제2 클러치(CL2)를 작동 제어하면, 제2속 변속이 이루어진다.

그러면, 전진 3속 상태에서 예비 동작으로 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SEL1)를 통해 제4속 변속기어(D4)와 제1 출력축(OS1)이 연결된 상태로, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 자연스럽게 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제4 입력기어(G4), 제4속 변속기어(D4), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1)를 통해 종감속기어(FG)로 전달되면서 전진 4속 주행이 이루어진다.

그리고 상기와 같이 전진 4속 변속이 완료된 후에는 제3 싱크로나이저(SL3)의 제3 슬리이브(SLE3)를 중립 상태로 제어한다.

상기와 같은 변속과정의 설명은 순차적으로 변속단이 상승할 때를 일 예로 설명한 것이며, 변속단이 순차적으로 하강할 때는 상기와 역순으로 이루어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 3을 참조하면, 상기 제1 실시 예에서는 동력원으로 모터/제너레이터(MG)만을 사용하여 전기자동차로서 주행이 이루어질 수 있도록 하고 있으나, 제2 실시 예에서는 엔진(ENG)을 추가 배치한 것이다.

이에 따라, 제2 실시 예에서는 동력원으로 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)를 함께 사용함으로써, 하이브리드 전기자동차의 변속장치가 된다.

이를 위하여, 상기 모터/제너레이터(MG)의 전측에 엔진(ENG)을 배치하고, 상호간에는 제3 클러치(CL3)를 개재하여 선택적으로 동력 연결되도록 한다.

상기와 같은 제2 실시 예의 변속과정은, 도 2에서와 같이, 상기 제1 실시 예와 동일하게 이루어지는데, 다만, 동력원이 모터/제너레이터(MG)와 함께 엔진(ENG)이 추가 구성된다.

이에 따라, 후진 변속은 상기 제1 실시 예에서와 같이 EV 후진 모드에 의하여 달성되며, 전진 1속부터 전진 4속까지는 엔진(ENG)의 회전동력이 제3 클러치(CL3)의 작동 제어에 따라 제1, 제2 변속출력기구로 전달되고, 제1, 제2 변속출력기구에서는 상기 제1 실시 예와 동일한 작동에 의하여 변속이 이루어지게 됨으로 변속 과정에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이때, 상기 모터/제네레이터(MG)의 구동력을 엔진(ENG)의 보조동력으로 사용할 수 있으며, 엔진(ENG)의 회전동력으로 주행할 때에는 모터/제너레이터(MG)의 로터(RT)가 항상 회전하여 제너레이터로서 작동하면서 전기에너지는 발전하여 배터리를 충전한다.

또한, 엔진(ENG)이 시동된 상태에서의 중립에서는 제3 클러치(CL3)를 작동 제어하면, 모터/제너레이터(MG)의 로터(RT)가 항상 회전함으로 제너레이터로서 작동하면서 전기에너지는 생성하여 배터리를 충전할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 4를 참조하면, 상기 제2 실시 예에서는 동력원으로 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)를 사용하고 있으나, 제3 실시 예에서는 상기 엔진(ENG)와 모터/제너레이터(MG) 사이에 유성기어세트(PG)를 추가 배치하였다.

상기 유성기어세트(PG)는 상기 제1 입력축(IS1)의 전측부에 배치되며, 제1 회전요소가 상기 모터/제너레이터(MG)와 연결되고, 제2 회전요소가 제1 입력축(IS1)에 직접 연결되고, 제3 회전요소가 엔진의 출력 측에 제3 클러치(CL3)를 통하여 선택적으로 연결된다.

즉, 상기 유성기어세트(PG)는 더블 피니언 유성기어세트로서, 상기 제1 회전요소가 선기어(S), 제2 회전요소가 링기어(R), 제3 회전요소가 유성캐리어(PC)로 이루어진다.

이에 따라, 상기 엔진(ENG)이 시동된 상태에서 제3 클러치(CL3)가 작동 제어되면, 제3 회전요소인 유성캐리어(CL3)로 입력이 이루어지고, 제1 클러치(CL1)가 동시에 작동되면, 유성기어세트(PG)가 직결의 상태가 된다.

상기와 같은 제3 실시 예의 변속과정은, 도 2에서와 같이, 후진 변속은 EV 후진 모드에 의하여 달성되며, 전진1속부터 전진 4속까지는 엔진(ENG)의 회전동력이 제3 클러치(CL3)의 작동 제어에 따라 제1, 제2 변속출력기구로 전달되고, 제1, 제2 변속출력기구에서는 상기 제1 실시 예와 동일한 작동에 의하여 변속이 이루어지게 됨으로 변속 과정에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이때, 모터/제네레이터(MG)의 구동력을 엔진(ENG)의 보조동력으로 사용할 수 있으며, 엔진(ENG)의 회전동력으로 주행할 때에는 모터/제너레이터(MG)의 로터(RT)가 항상 회전하여 제너레이터로서 작동하면서 전기에너지는 발전하여 배터리를 충전한다.

또한, 엔진(ENG)이 시동된 상태에서의 중립에서는 제1, 제3 클러치(CL1)(CL3)를 작동 제어하면, 모터/제너레이터(MG)의 로터(RT)가 항상 회전함으로 제너레이터로서 작동하면서 전기에너지는 생성하여 배터리를 충전할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 변속장치는 HEV 모드에서 전진 2속으로 변속할 수 있다.

상기 HEV 모드에서는 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG) 모두 구동됨으로써, 제1 입력축(IS1)에 관련된 변속단만 변속이 가능하기 때문이다.

이에 따라, 상기 전진 1속이 HEV 1속, 전진 3속이 HEV 2속으로 변속이 이루어지며, 이때에는 제1 클러치(CL1)의 작동이 해제된다.

그러면, 상기 유성기어세트(PG)는 링기어(R)를 제외한 2개의 회전요소에 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 입력되며, 상기 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 토크 차이에 따라 제1 입력축(IS1)으로 전달되면서 HEV 1속 및 HEV 2속의 변속이 이루어지게 된다.

또한, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 변속장치는 EV 모드에서 전진 2속으로 변속할 수 있다.

상기 EV 모드에서는 모터/제너레이터(MG)의 회전동력만으로 구동됨으로써, 제1입력축(IS1)에 관련된 변속단만 변속이 가능하기 때문이다.

이에 따라, 상기 전진 1속이 EV 1속, 전진 3속이 EV 2속으로 변속이 이루어지며, 이때에는 제3 클러치(CL3)가 작동 해제되고, 제1 클러치(CL1)가 작동 제어되어 유성기어세트(PG)를 직결시킨다.

그러면, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 선기어(S)를 통하여 직결된 유성기어세트(PG)를 통해 제1 입력축(IS1)으로 전달되면서 EV 1속 및 EV 2속의 변속이 이루어지게 된다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 EV 및 HEV용 더블 클러치 변속장치로서, 전진 4속 및 EV 후진 1속의 변속단을 구현하고, 변속단 프리-셀렉트 기능을 구현할 수 있다.

또한, 동력원으로서 모터/제너레이터를 사용하여 EV용 변속장치로 사용할 수 있고, 엔진과 모터/제너레이터를 사용하여 HEV용 변속장치로 사용할 수 있다.

또한, 모터/제너레이터(MG)를 역구동시켜 후진 변속단을 구현할 수 있으므로 제1, 제2 변속출력기구에 별도의 후진변속기구가 필요하지 않게 됨으로써, 변속기의 전장을 줄일 수 있어 탑재성을 높일 수 있다.

또한, HEV용 변속장치로 사용될 때에는 상기 모터/제너레이터의 회전동력을 엔진의 보조동력으로 사용할 수 있으므로 가속 성능을 향상시킬 수 있다.

상기에서 본 발명의 실시 예를를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예들로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

CL1,CL2,CL3 ... 제1, 제2, 제3 클러치
D1,D2,D3,D4... 제1속, 제2속, 제3속, 제4속 변속기어
G1,G2,G3,G4... 제1, 제2, 제3, 제4 입력기어
IS1,IS2 ... 제1, 제2 입력축
MG... 모터/제네레이터
OS1,OS2... 제1, 제2 출력축
OUT1,OUT2... 제1, 제2 변속출력기구
PG... 유성기어세트
SL1,SL2,SL3... 제1, 제2, 제3 싱크로나이저

Claims

중공축으로 외주 측에 제3속을 구현하기 위한 입력기어로 작용하는 제1 입력기어, 및 제1속 및 후진을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제2 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되어 고정되며, 동력원의 출력 측에 선택적으로 연결되는 제1 입력축;
실축으로 외주 측에 제2속을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제3 입력기어, 및 제4속을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제4 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되어 고정되며, 상기 제1 입력축의 중공부에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 동력원의 출력 측과 선택적으로 연결되는 제2 입력축;
상기 제1 입력축과 상기 동력원을 선택적으로 연결하는 제1 클러치;
상기 제2 입력축과 상기 동력원을 선택적으로 연결하는 제2 클러치;
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 구비되며, 상기 제2 입력기어에 외접 기어 연결되는 제1속 및 후진 변속기어와, 상기 제4 입력기어와 외접 기어 연결되는 제4속 변속기어, 및 상기 제1속 및 후진 변속기어 또는 제4속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 연결하는 제1 싱크로나이저를 포함하는 제1 변속출력기구; 및
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제2 입력축에 배치된 제3 입력기어와 외접 기어 연결된 제2속 변속기어와, 상기 제2속 변속기어를 제2 출력축에 선택적으로 연결하는 제2 싱크로나이저와, 상기 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제1 입력축에 배치된 제1 입력기어와 외접 기어 연결된 제3속 변속기어와, 상기 제3속 변속기어를 상기 제2 출력축에 선택적으로 연결하는 제3 싱크로나이저를 포함하는 제2 변속출력기구;
를 포함하는 차량용 변속장치.
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제1항에 있어서,
상기 동력원은
모터와 제너레이터 기능을 수행하는 모터/제너레이터로 이루어지는 차량용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 동력원은
엔진과 모터/제너레이터로 이루어지는 차량용 변속장치.
제8항에 있어서,
상기 엔진의 출력 측이 제3 클러치를 통하여 상기 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되고, 상기 모터/제너레이터의 출력 측이 상기 제1 입력축 또는 제2 입력축에 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 동력원은
엔진과 유성기어세트를 포함하는 모터/제너레이터로 이루어지는 차량용 변속장치.
제10항에 있어서,
상기 유성기어세트는
더블 피니언 유성기어세트로 이루어져, 선기어가 모터/제너레이터와 연결되고, 링기어가 제1 입력축에 연결되며, 유성캐리어가 제3 클러치에 의해 엔진에 선택적으로 연결됨과 동시에, 제1 클러치에 의해 상기 제1 입력축과 선택적으로 연결되거나, 제2 클러치에 의해 상기 제2 입력축에 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 출력축 상의 제1 출력기어와 상기 제2 출력축 상의 제2 출력기어와 외접 기어 연결되는 디프렌셜 기구를 더 포함하는 차량용 변속장치.
회전동력을 제공하는 모터/제너레이터;
중공축으로 외주 측에 기어 잇수를 달리하면서 제3속을 구현하기 위한 입력기어로 작용하는 제1 입력기어, 및 제1속 및 후진을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제2 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되어 고정되고, 전단부가 상기 모터/제너레이터의 출력 측에 선택적으로 연결되는 제1 입력축;
실축으로 후방 외주 측에 기어 잇수를 달리하면서 제2속을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제3 입력기어, 및 제4속을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제4 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되어 고정되고, 전방부가 상기 제1 입력축의 중공부를 회전 간섭 없이 관통하여 상기 모터/제너레이터의 출력 측과 선택적으로 연결되는 제2 입력축;
상기 제1 입력축과 상기 모터/제너레이터의 출력 측을 선택적으로 연결하는 제1 클러치;
상기 제2 입력축과 상기 모터/제너레이터의 출력 측을 선택적으로 연결하는 제2 클러치;
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 구비되며, 상기 제2 입력기어에 외접 기어 연결되는 제1속 및 후진 변속기어와, 상기 제4 입력기어와 외접 기어 연결되는 제4속 변속기어, 및 상기 제1속 및 후진 변속기어 또는 제4속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 연결하는 제1 싱크로나이저를 포함하는 제1 변속출력기구; 및
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제2 입력축에 배치된 제3 입력기어와 외접 기어 연결된 제2속 변속기어와, 상기 제2속 변속기어를 제2 출력축에 선택적으로 연결하는 제2 싱크로나이저와, 상기 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제1 입력축에 배치된 제1 입력기어와 외접 기어 연결된 제3속 변속기어와, 상기 제3속 변속기어를 상기 제2 출력축에 선택적으로 연결하는 제3 싱크로나이저를 포함하는 제2 변속출력기구;
상기 제1 출력축 상의 제1 출력기어와 상기 제2 출력축 상의 제2 출력기어와 외접 기어 연결되는 디프렌셜 기구를 포함하는 차량용 변속장치.
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상호 선택적으로 연결되는 엔진과 모터/제너레이터로 이루어지는 동력원;
중공축으로 외주 측에 기어 잇수를 달리하면서 제3속을 구현하기 위한 입력기어로 작용하는 제1 입력기어, 및 제1속 및 후진을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제2 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되어 고정되고, 전단부가 상기 모터/제너레이터의 출력 측에 선택적으로 연결되는 제1 입력축;
실축으로 후방 외주 측에 기어 잇수를 달리하면서 제2속을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제3 입력기어, 및 제4속을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제4 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되어 고정되고, 전방부가 상기 제1 입력축의 중공부를 회전 간섭 없이 관통하여 상기 모터/제너레이터의 출력 측과 선택적으로 연결되는 제2 입력축;
상기 제1 입력축과 상기 모터/제너레이터의 출력 측을 선택적으로 연결하는 제1 클러치;
상기 제2 입력축과 상기 모터/제너레이터의 출력 측을 선택적으로 연결하는 제2 클러치;
상기 엔진의 출력 측과 상기 모터/제너레이터의 출력 측을 선택적으로 연결하는 제3 클러치;
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 구비되며, 상기 제2 입력기어에 외접 기어 연결되는 제1속 및 후진 변속기어와, 상기 제4 입력기어와 외접 기어 연결되는 제4속 변속기어, 및 상기 제1속 및 후진 변속기어 또는 제4속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 연결하는 제1 싱크로나이저를 포함하는 제1 변속출력기구; 및
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제2 입력축에 배치된 제3 입력기어와 외접 기어 연결된 제2속 변속기어와, 상기 제2속 변속기어를 제2 출력축에 선택적으로 연결하는 제2 싱크로나이저와, 상기 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제1 입력축에 배치된 제1 입력기어와 외접 기어 연결된 제3속 변속기어와, 상기 제3속 변속기어를 상기 제2 출력축에 선택적으로 연결하는 제3 싱크로나이저를 포함하는 제2 변속출력기구;
상기 제1 출력축 상의 제1 출력기어와 상기 제2 출력축 상의 제2 출력기어와 외접 기어 연결되는 디프렌셜 기구를 포함하는 차량용 변속장치.
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회전동력을 제공하는 엔진;
선기어, 유성캐리어, 링기어를 보유하며, 상기 유성캐리어가 상기 엔진과 선택적으로 연결되는 유성기어세트;
상기 유성기어세트의 외주 측에 배치되어 상기 유성기어세트의 선기어와 직접 연결되는 모터/제너레이터;
중공축으로 외주 측에 기어 잇수를 달리하면서 후진을 포함하는 홀수 변속단에 관계하는 2 이상의 입력기어가 고정 배치되어 전단부가 상기 유성기어세트의 링기어와 직접 연결됨과 동시에, 상기 유성캐리어와 선택적으로 연결되는 제1 입력축;
실축으로 후방 외주 측에 기어 잇수를 달리하면서 짝수 변속단에 관계하는 2 이상의 입력기어가 고정 배치되어 전방부가 상기 제1 입력축의 중공부를 회전 간섭 없이 관통하여 상기 유성기어세트의 유성캐리어와 선택적으로 연결되는 제2 입력축;
상기 제1 입력축과 상기 유성기어세트의 유성캐리어를 선택적으로 연결하는 제1 클러치;
상기 제2 입력축과 상기 유성기어세트의 유성캐리어를 선택적으로 연결하는 제2 클러치;
상기 엔진의 출력 측과 상기 유성기어세트의 유성캐리어를 선택적으로 연결하는 제3 클러치;
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 구비되며, 상기 제1 입력축에 배치된 어느 하나의 입력기어, 및 상기 제2 입력축에 배치된 어느 하나의 입력기어에 각각 기어 외접 기어 연결되는 2개의 변속기어와, 상기 2개의 변속기어를 상기 제1 출력축과 선택적으로 연결하는 제1 싱크로나이저를 포함하는 제1 변속출력기구;
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제2 입력축에 배치된 다른 하나의 입력기어와 외접 기어 연결된 하나의 변속기어와, 상기 하나의 변속기어를 제2 출력축과 선택적으로 연결하는 제2 싱크로나이저, 상기 제2 출력축 상에 구비되며, 상기 제1 입력축에 배치된 다른 하나의 입력기어와 외접 기어 연결된 다른 하나의 변속기어와, 상기 다른 하나의 변속기어를 상기 제2 출력축과 선택적으로 연결하는 제3 싱크로나이저를 포함하는 제2 변속출력기구; 및
상기 제1 출력축 상의 제1 출력기어와 상기 제2 출력축 상의 제2 출력기어와 외접 기어 연결되는 디프렌셜 기구를 포함하는 차량용 변속장치.
삭제
제25항에 있어서,
상기 제1 입력축 상의 입력기어는 제3속을 구현하기 위한 입력기어로 작용하는 제1 입력기어, 제1속 및 후진을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제2 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되고,
상기 제2 입력축 상의 입력기어는 제2속을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제3 입력기어, 제4속을 구현하기 위한 입력기어로 작동하는 제4 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되는 차량용 변속장치.
제27항에 있어서,
상기 제1 싱크로나이저는
상기 제2 입력기어에 외접 기어 연결되는 제1속 및 후진 변속기어, 또는 상기 제4 입력기어와 외접 기어 연결되는 제4속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 차량용 변속장치.
제27항에 있어서,
상기 제2 싱크로나이저는
상기 제3 입력기어와 외접 기어 연결되는 제2속 변속기어를 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 차량용 변속장치.
제27항에 있어서,
상기 제3 싱크로나이저는
상기 제1 입력기어와 외접 기어 연결되는 제3속 변속기어를 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 차량용 변속장치.