KR101611056B1 - 자동화 수동 변속기 - Google Patents

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Abstract

전장이 축소되고, 1단 기어비 구현이 용이하며, 축간거리 증대없이 싱크로 장착이 가능한 자동화 수동 변속기가 소개된다.
본 발명의 자동화 수동 변속기는 선택적으로 단속되는 제1클러치 및 제2클러치와 연결되어 동력을 전달받는 중공의 인풋 샤프트; 복수 개의 변속기어가 장착된 아웃풋 샤프트; 상기 제1클러치에서 전달된 동력을 전달받아 변속될 수 있도록 복수 개의 변속기어가 장착되고, 제1아이들러 기어가 장착된 아이들러 샤프트; 및 상기 아웃풋 샤프트에 장착된 복수 개의 변속기어 중 상기 제2클러치로부터 동력을 전달받는 변속기어와 상기 제1아이들러 기어를 매개하는 제2아이들러 기어를 포함한다.

Description

자동화 수동 변속기{Automatic Manual Transmission}
본 발명은 자동화 수동 변속기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 1단 기어비 구현을 최적화할 수 있는 자동화 수동 변속기에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 변속기는 크게 수동 변속기(Manual Transmission, MT)와 자동변속기(Automatic Transmission, AT)로 구분된다.
자동변속기는 회전토크를 자동으로 변속시켜주는 것으로, 유체의 흐름에 의해 동력의 단속과 토크의 증대가 이루어지며, 이러한 자동변속기는 가속 페달을 밟은 정도와 차속에 따라 미리 정해진 변속 패턴에 의해 자동적으로 변속단을 바꾸어 주게 된다.
수동 변속기는 운전자가 수동으로 변속단을 바꾸는 것으로, 변속시 클러치로 변속 액추에이터와 엔진을 분리시킨 다음 변속단을 바꾼 후 다시 클러치로 동력을 전하게 된다.
최근에는 수동 변속기에서 클러치와 변속 레버 조작을 자동화한 자동화 수동 변속기(Automated Manual Transmission, AMT)가 개발되어 적용되고 있다.
자동화 수동 변속기(AMT)는 수동 변속기를 그대로 사용하면서 클러치와 변속 레버를 유압 제어 장치로 자동 제어하는바, 수동 변속기의 높은 연비 및 저렴한 가격은 물론, 자동변속기의 장점인 손쉬운 변속 조작까지 구현할 수 있는 차세대 변속기이다.
한편, 자동화 수동 변속기는 변속 과정에서 클러치가 동력을 단속하게 되는바, 동력 단속 시 변속 품질이 저하되는 문제점이 있다.
특히 이러한 문제는 고속으로 주행할 때보다 저속으로 주행할 때 더 두드러지게 되는데, 이러한 문제를 방지하기 위해 자동화 수동 변속기에 두 개의 클러치를 적용한 새로운 방식이 도입되고 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 클러치가 적용된 자동화 수동 변속기는 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)가 중공의 인풋 샤프트(10)로 연결되고, 제1클러치(C1) 측에서 전해지는 동력을 이용하여 1단, 3단 내지 7단, R단을 구현하고, 제2클러치(C2) 측에서 2단을 구현하는 방식으로 설계된다.
이러한 두 개의 클러치가 적용된 자동화 수동 변속기는 두 세트의 싱크로(S1,S2)를 필요로 하고, 제1아웃풋 샤프트(01) 및 제2아웃풋 샤프트(02)가 인풋 샤프트(10)-디퍼렌셜 기어(DG)의 센터 라인에서 벗어나 있어 인풋 샤프트(I)-아웃풋 샤프트(01,02), 아웃풋 샤프트(01,02)-디퍼렌셜 기어(DG)의 중심축 간 거리가 커지는 문제점이 존재한다.
또한 중공이 인풋 샤프트(I)를 적용하는 경우, 1단구동기어(D1)의 크기가 커지게 되는바, 기어비를 맞추기 위해 1단변속기어(G1)의 크기도 커져야 하므로 축간 거리가 증가하는 것은 물론, 전체 기어의 크기가 커져 전체적인 중량이 증가하는 문제점이 존재한다.
상기한 배경기술로서 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.
(선행문헌 1) 미국공개특허 제2013-0345018(2013.12.26) (선행문헌 2) 한국공개특허 제2012-0108627호(2012.10.05) (선행문헌 3) 한국공개특허 제2010-0064719(2010.06.15)
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 1단 기어비 구현을 최적화하고, 축간거리를 최소화한 자동화 수동 변속기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기는, 선택적으로 단속되는 제1클러치 및 제2클러치와 연결되어 동력을 전달받는 중공의 인풋 샤프트; 복수 개의 변속기어가 장착된 아웃풋 샤프트; 상기 제1클러치에서 전달된 동력을 전달받아 변속될 수 있도록 복수 개의 변속기어가 장착되고, 제1아이들러 기어가 장착된 아이들러 샤프트; 및 상기 아웃풋 샤프트에 장착된 복수 개의 변속기어 중 상기 제2클러치로부터 동력을 전달받는 변속기어와 상기 제1아이들러 기어를 매개하는 제2아이들러 기어를 포함한다.
상기 아웃풋 샤프트에 장착된 변속기어 중 상기 인풋 샤프트로부터 직접 동력을 전달받는 한 쌍의 변속기어 사이에는 제1싱크로가 장착되고, 상기 아이들러 샤프트에는 한 쌍의 변속기어가 장착되고, 그 사이에는 제2싱크로가 장착된 것을 특징으로 한다.
상기 아웃풋 샤프트와 치합되는 디퍼렌셜 기어를 더 포함하고, 상기 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트와 디퍼렌셜 기어의 중심축은 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 인풋 샤프트에는 제1구동기어, 제2구동기어, 제3구동기어, 제4구동기어, 제5구동기어가 장착되고, 상기 제1아이들러 샤프트에는 상기 제1구동기어와 치합되는 1단변속기어, 상기 제3구동기어와 치합되는 3단변속기어가 장착되며, 상기 제1싱크로는 상기 1단변속기어 및 3단변속기어 사이에 위치하고, 상기 아웃풋 샤프트에는 상기 제2구동기어와 치합되는 2단변속기어, 상기 제4구동기어와 치합되는 4단변속기어, 상기 제5구동기어와 치합되는 5단변속기어가 장착되며, 상기 제2싱크로는 상기 제4변속기어 및 5단변속기어 사이에 위치하되, 상기 2단변속기어는 상기 제2클러치로부터 동력을 전달받는 것을 특징으로 한다.
상기 인풋 샤프트에는 후진 구동기어가 더 장착되고, 상기 후진 구동기어를 통해 상기 아이들러 샤프트로 동력을 전달하는 후진 아이들러 기어를 더 포함한다.
R단기어가 장착된 후진 아이들러 샤프트를 더 포함하고, 상기 아이들러 샤프트에는 제3싱크로가 더 장착되며, 상기 인풋 샤프트에는 상기 후진 아이들러 기어와 치합되는 R단구동기어가 더 장착된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 아래와 같은 다양한 효과를 구현할 수 있다.
첫째, 1단이 두 번에 걸쳐 감속되어 1단 기어비 구현이 용이해지는 이점이 있다.
둘째, 축간거리 증대없이 기어비 구현이 가능하다는 이점이 있다.
셋째, 축간거리 증대없이 싱크로를 평행하게 장착할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 자동화 수동 변속기 구조를 나타낸 도면,
도 2는 종래 자동화 수동 변속기를 축 방향에서 본 도면,
도 3은 본 발명의 자동화 수동 변속기의 구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 자동화 수동 변속기를 축 방향에서 본 도면,
도 5의 (a)는 종래 2축 구조 변속기를 축 방향에서 본 도면,
도 5의 (b)는 종래 3축 구조 변속기를 축 방향에서 본 도면,
도 5의 (c)는 본 발명의 변속기를 축 방향에서 본 개략도,
도 6은 본 발명에서 상시치합 방식의 R단 동력 전달 과정을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자동화 수동 변속기는 선택적으로 단속되는 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)와 연결되어 동력을 전달받는 중공의 인풋 샤프트(10), 복수 개의 변속기어(G2,G4,G5)가 장착된 아웃풋 샤프트(20), 제1클러치(C1)에서 전달된 동력을 전달받아 변속될 수 있도록 복수 개의 변속기어(G1,G3)가 장착되고, 제1아이들러 기어(32)가 장착된 아이들러 샤프트(30), 아웃풋 샤프트(20)에 장착된 복수 개의 변속기어(G2,G4,G5) 중 제2클러치(C2)로부터 동력을 전달받는 변속기어(G2)와 제1아이들러 기어(32)를 매개하는 제2아이들러 기어(40)를 포함한다.
인풋 샤프트(10)는 제1클러치(C1)와 연결되어 동력을 전달하는 제1인풋 샤프트(12)와, 제1인풋 샤프트(12)와 별개로 설치되어 제2클러치(C2)로부터 별도로 동력을 전달받는 제2인풋 샤프트(14)를 포함한다.
도 5의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이, 변속기는 2축 구조 변속기와 3축 구조 변속기로 구분될 수 있다.
2축 구조 변속기의 경우 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트, 디퍼렌셜 기어의 중심축이 일 직선 상에 위치하여 축간 거리를 최소화할 수 있다는 장점이 있는 반면, 변속기어 단수를 다단화할 수 없는 단점을 가지고 있다.
3축 구조의 변속기는 상술한 2축 구조 변속기의 단점을 보완할 수 있는 장점을 가지고 있다.
그러나, 자동차 설계적인 측면을 고려해 인풋 샤프트 및 디퍼렌셜 기어의 위치가 고정되어야 하는바, 2개의 아웃풋 샤프트에 평행하게 설치된 각각의 싱크로 간의 간섭을 배제하기 위해 아웃풋 샤프트 간의 거리를 두어야 하고, 이로 인해 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트 간의 축간거리는 물론, 아웃풋 샤프트와 디퍼렌셜 기어의 축간거리가 증가하는 문제점이 존재한다.
본 발명에서는 아이들러 샤프트(30) 및 아이들러 기어(32,40)를 이용, 아이들러 샤프트(30)의 위치 자유도를 개선함으로써, 싱크로 간의 간섭을 배제, 축간거리를 최소화한 것을 기술적 특징 중의 하나로 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자동화 수동 변속기의 아이들러 샤프트(30)는 인풋 샤프트(10)로부터 동력을 전달받아 제1아이들러 기어(32)를 통해 아웃풋 샤프트(20)로 동력을 전달한다.
제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)에서는 선택적으로 동력을 단속하여 제1인풋 샤프트(12) 및 제2인풋 샤프트(14)에 선택적으로 동력을 전달하는데, 제1클러치(C1)에서 동력이 전달되는 경우 제2클러치(C2)를 통해서는 동력이 전달되지 않아 제1인풋 샤프트(12)로만 동력이 전달되고, 제2클러치(C2)에서 동력이 전달되는 경우에는 제1클러치(C1)를 통해서는 동력이 전달되지 않아 제2인풋 샤프트(14)로만 동력이 전달된다.
본 발명에서는 아웃풋 샤프트(20)가 하나만 존재하므로, 제1클러치(C1)를 통해서 전달되는 동력은 제1인풋 샤프트(12) 및 아이들러 샤프트(30)를 통해서 아웃풋 샤프트(20)로 전달하고, 제2클러치(C2)를 통해서 전달되는 동력은 제2인풋 샤프트(14)를 통해 직접 아웃풋 샤프트(20)로 전달될 수 있도록 레이아웃을 최적화하였다.
특히, 아이들러 샤프트(30)를 설치하고, 1단변속기어(D1)를 아이들러 샤프트(30)에 장착함으로써 중공의 인풋 샤프트(10)에서도 1단 기어비를 용이하게 구현하였다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 5단기어를 예로 들어 설명하지만, 설계자의 의도에 따라 기어 단수는 본 발명의 기술사상 범위 내에서 적절하게 조절될 수 있으며, 아이들러 샤프트(30) 및 아웃풋 샤프트(20)에 장착되는 기어단 역시 설계자의 의도에 따라 그 위치를 적절하게 조절하여 설치될 수 있다.
아웃풋 샤프트(20) 및 아이들러 샤프트(30)에는 각각 복수 개의 변속기어(G1,G2,G3,G4,G5)가 설치되는데, 아이들러 샤프트(30)에는 고단기어, 아이들러 샤프트(30)에는 저단기어를 장착한다. 예를 들어 아웃풋 샤프트(20)에는 4단변속기어(D4) 및 5단변속기어(D5)를 장착하고, 아이들러 샤프트(30)에는 1단변속기어(D1) 및 3단변속기어(D3)를 설치할 수 있다.
1단변속기어(D1)가 아이들러 샤프트(30)에 설치되고, 아이들러 샤프트(30)는 제1아이들러 기어(32) 및 제2아이들러 기어를 통해 기어비를 형성할 수 있는바, 기어비 구현이 더 용이해지는 이점이 있다.
아웃풋 샤프트(20)에 설치된 4단변속기어(D4) 및 5단변속기어(D5) 사이에는 제1싱크로(50)가 장착되고, 아이들러 샤프트(30)에 설치된 1단변속기어(D1) 및 3단변속기어(D3) 사이에는 제2싱크로(60)가 장착된다.
이와 같이, 아이들러 샤프트(30)를 적용하는 경우 하나의 아웃풋 샤프트(20) 적용이 가능하며, 한 쌍의 싱크로(50,60)만으로도 동력 전달 가능한바, 상술한 축간거리를 최소화할 수 있게 된다.
상술한 1단변속기어(D1) 내지 5단변속기어(D5)와 대응될 수 있도록 인풋 샤프트(I)에는 제1구동기어(D1), 제2구동기어(D2), 제3구동기어(D35), 제4구동기어(D4) 및 제5구동기어(D35)가 장착된다.
제1구동기어(D1)는 1단변속기어(D1)와, 제2구동기어(D2)는 2단변속기어(D2)와, 제3구동기어(D35)는 3단변속기어(D3)와, 제4구동기어(D4)는 4단변속기어(D4)와, 제5구동기어(D35)는 5단변속기어(D5)와 치합된다.
제3구동기어(D35) 및 제5구동기어(D35)는 기어비를 조절함으로써 하나의 구동기어로 실현 가능하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 자동화 수동 변속기의 작동 과정을 설명한다.
본 발명의 작동 과정을 설명함에 있어서, ①,②,③,④,⑤는 각각 1단변속 내지 5단변속을 나타내는 것으로 전제하고 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 1단 상태에서는 제2클러치(C2)에서 동력이 단속되고, 제1클러치(C1)를 통해서만 동력이 전달된다.
제1클러치(C1)를 통해서 제1인풋 샤프트(12)로 동력이 전달되면, 제2싱크로(60)가 제1구동기어(D1)와 1단변속기어(D1)를 동기화한다.
동기화에 의해 아이들러 샤프트(30)에 전달된 동력은 제1아이들러 기어(32) 및 제2아이들러 기어(40), 제2아이들러 기어(40) 및 2단변속기어(D2)를 통해 아웃풋 샤프트(20)로 전달된다.
3단 상태에서는 제2클러치(C2)에서 동력이 단속되고, 제1클러치(C1)를 통해서만 동력이 전달된다.
제1클러치(C1)를 통해서 제1인풋 샤프트(12)로 동력이 전달되면, 제2싱크로(60)가 제3구동기어(D35)와 제3변속기어(G3)를 동기화한다.
동기화에 의해 아이들러 샤프트(30)에 전달된 동력은 제1아이들러 기어(32) 및 제2아이들러 기어(40), 제2아이들러 기어(40) 및 2단변속기어(D2)를 통해 아웃풋 샤프트(20)로 전달된다.
한편, R단 상태에서는 제2클러치(C2)에서 동력이 단속되고, 제1클러치(C1)를 통해서만 동력이 전달된다.
이때, 후진 아이들러 기어(80)가 이동하여 제1인풋 샤프트(12)에 설치된 후진 구동기어(R1)와 치합되고, 슬리브가 후진 아이들러 기어(80)에 얹혀지면 아이들러 샤프트(30)에 동력이 전달되고, 제1아이들러 기어(32) 및 제2아이들러 기어(40), 제2아이들러 기어(40) 및 2단변속기어(D2)를 통하여 아웃풋 샤프트(20)로 동력이 전달되는바, 이를 선택치합 방식이라 한다.
2단 상태에서는 제1클러치(C1)에서 동력이 단속되고, 제2클러치(C2)를 통해서만 동력이 전달된다.
아웃풋 샤프트(20)에 설치된 2단변속기어(D2)는 제2인풋 샤프트(14)에 설치된 제2구동기어(D2)와 별도의 싱크로에 의해 동기화되지 않고, 직접 아웃풋 샤프트(20)로 동력을 전달한다.
4단 상태에서는 제2클러치(C2)에서 동력이 단속되고, 제1클러치(C1)를 통해서만 동력이 전달된다.
제1클러치(C1)를 통해서 제1인풋 샤프트(12)로 동력이 전달되면, 제1싱크로(50)가 제4구동기어(D4)와 4단변속기어(G4)를 동기화하고, 동력은 아웃풋 샤프트(20)로 전달된다.
5단 상태에서는 제2클러치(C2)에서 동력이 단속되고, 제1클러치(C1)를 통해서만 동력이 전달된다.
제1클러치(C1)를 통해서 제1인풋 샤프트(12)로 동력이 전달되면, 제1싱크로(50)가 제5구동기어(D35)와 5단변속기어(G5)를 동기화하고, 동력은 아웃풋 샤프트(20)로 전달된다.
한편 도 6에 도시된 바와 같이, 후진 아이들러 기어(82) 및 제3싱크로(70)가 장착된 후진 아이들러 샤프트(80)를 더 설치하면, 상시치합 방식으로 R단을 구현할 수 있다.
제1인풋 샤프트(12)에 설치된 R단구동기어(R1)는 후진 아이들러 샤프트(30)에 설치된 후진 아이들러 기어(82) 및 아웃풋 샤프트(20)에 상시 치합되어 있는바, 제3싱크로(70)에 의해 R단구동기어(R1)와 후진 아이들러 기어(82)가 동기화되면, R단이 구현된다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 인풋 샤프트 12 : 제1인풋 샤프트
14 : 제2인풋 샤프트 20 : 아웃풋 샤프트
30 : 아이들러 샤프트 32 : 제1아이들러 기어
40 : 제2아이들러 기어 50 : 제1싱크로
60 : 제2싱크로 70 : 제3싱크로
80 : 후진 아이들러 기어 82 : R단기어
D1 : 1단변속기어 D2 : 2단변속기어
D3 : 3단변속기어 D4 : 4단변속기어
D5 : 5단변속기어 DG : 디퍼렌셜 기어
D1 : 제1구동기어 D2 : 제2구동기어
D35 : 제3구동기어, 제5구동기어
D4 : 제4구동기어 R1 : 후진 구동기어
C1 : 제1클러치 C2 : 제2클러치

Claims (6)

  1. 선택적으로 단속되는 제1클러치 및 제2클러치와 연결되어 동력을 전달받는 중공의 인풋 샤프트;
    복수 개의 변속기어가 장착된 아웃풋 샤프트;
    상기 제1클러치에서 전달된 동력을 전달받아 변속될 수 있도록 복수 개의 변속기어가 장착되고, 제1아이들러 기어가 장착된 아이들러 샤프트;
    상기 아웃풋 샤프트에 장착된 복수 개의 변속기어 중 상기 제2클러치로부터 동력을 전달받는 변속기어와 상기 제1아이들러 기어를 매개하는 제2아이들러 기어; 및
    상기 아웃풋 샤프트와 치합되는 디퍼렌셜 기어;를 포함하고,
    상기 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트와 디퍼렌셜 기어의 중심축은 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는, 자동화 수동 변속기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 아웃풋 샤프트에 장착된 변속기어 중 상기 인풋 샤프트로부터 직접 동력을 전달받는 한 쌍의 변속기어 사이에는 제1싱크로가 장착되고,
    상기 아이들러 샤프트에는 한 쌍의 변속기어가 장착되고, 그 사이에는 제2싱크로가 장착된 것을 특징으로 하는, 자동화 수동 변속기.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 인풋 샤프트에는 제1구동기어, 제2구동기어, 제3구동기어, 제4구동기어, 제5구동기어가 장착되고,
    상기 아이들러 샤프트에는 상기 제1구동기어와 치합되는 1단변속기어, 상기 제3구동기어와 치합되는 3단변속기어가 장착되며,
    상기 제1싱크로는 상기 1단변속기어 및 3단변속기어 사이에 위치하고,
    상기 아웃풋 샤프트에는 상기 제2구동기어와 치합되는 2단변속기어, 상기 제4구동기어와 치합되는 4단변속기어, 상기 제5구동기어와 치합되는 5단변속기어가 장착되며,
    상기 제2싱크로는 상기 4단변속기어 및 5단변속기어 사이에 위치하되, 상기 2단변속기어는 상기 제2클러치로부터 동력을 전달받는 것을 특징으로 하는, 자동화 수동 변속기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 인풋 샤프트에는 후진 구동기어가 더 장착되고,
    상기 후진 구동기어를 통해 상기 아이들러 샤프트로 동력을 전달하는 후진 아이들러 기어를 더 포함하는, 자동화 수동 변속기.

  6. 청구항 4에 있어서,
    R단기어가 장착된 후진 아이들러 샤프트를 더 포함하고,
    상기 아이들러 샤프트에는 제3싱크로가 더 장착되며,
    상기 인풋 샤프트에는 상기 후진 아이들러 기어와 치합되는 R단구동기어가 더 장착된 것을 특징으로 하는, 자동화 수동 변속기.
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