KR101637272B1

KR101637272B1 - 차량용 자동변속기의 유성기어트레인

Info

Publication number: KR101637272B1
Application number: KR1020140126787A
Authority: KR
Inventors: 황성욱; 지성욱; 노명훈; 서강수; 국재창; 성원준; 조원민
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2016-07-07
Also published as: CN105805246A; US9163705B1; DE102014117679A1; CN105805246B; DE102014117679B4; KR20160035327A

Abstract

차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 자동변속기의 유성기어트레인은 엔진의 동력을 전달받는 입력축; 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어를 보유하는 제1 유성기어세트; 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어를 보유하는 제2 유성기어세트; 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어를 보유하는 제3 유성기어세트; 제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어를 보유하는 제4 유성기어세트; 제5 선기어, 제5 유성캐리어, 제5 링기어를 보유하는 제5 유성기어세트; 상기 제1 선기어를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제1 회전축; 상기 제1, 제2 유성캐리어 및 제3 링기어를 포함하여 이루어지는 제2 회전축; 상기 제1, 제2 링기어를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제3 회전축; 상기 제2 선기어를 포함하여 이루어지며, 입력축과 선택적으로 연결되는 제4 회전축; 상기 제3 유성캐리어와 제4 링기어를 포함하여 이루어지며, 상기 제4 회전축과 선택적으로 연결되는 제5 회전축; 상기 제3 선기어를 포함하여 이루어지며, 상기 입력축에 직접 연결되는 제6 회전축; 상기 제4 유성캐리어와 제5 링기어를 포함하여 이루어지며, 상기 입력축에 선택적으로 연결되는 제7 회전축; 상기 제5 유성캐리어를 포함하여 이루어지며, 출력부재에 직접 연결되는 제8 회전축; 상기 제4, 제5 선기어를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제9 회전축; 상기 회전축와 회전축, 및 상기 회전축과 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 6개의 마찰요소를 포함한다.

Description

차량용 자동변속기의 유성기어트레인{PLANETARY GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 자동변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최소한의 구성으로 전진 12속을 구현하여 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 저감시킬 수 있도록 하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인에 관한 것이다.

최근의 유가 상승은 연비 개선을 향한 무한 경쟁에 돌입하게 하는 요인이 되고 있다.

이에 따라 엔진의 경우에는 다운 사이징(Down Sizing)을 통해 중량 저감 및 연비를 개선할 수 있는 연구가 이루어지고, 자동변속기의 경우에는 다단화를 통해 운전성 및 연비 경쟁력을 동시에 확보할 수 있는 연구가 이루어지고 있다.

그러나 자동변속기는 변속단이 증가하면 할수록 내부 부품수가 증가되어 탑재성 및 원가, 중량, 전달효율 등이 오히려 악화될 수 있다.

따라서 다단화를 통한 연비 개선효과를 증대시키기 위해서는 적은 부품수로 최대한의 효율을 이끌어 낼 수 있는 유성기어트레인의 개발이 중요하다고 할 수 있다.

이러한 측면에서 최근에는 8속 및 9속 자동변속기가 구현하고 있는 추세이며, 그 이상의 변속단을 구현할 수 있는 유성기어트레인의 연구 개발도 활발하게 진행되고 있다.

본 발명의 실시 예는 최소한의 구성으로 전진 12속 및 후진 1속의 변속단을 구현하되, 각 변속단에서 3개의 마찰요소가 작동되면서 비작동 마찰요소를 최소화하여 드래그 토크를 저감시킴으로써, 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진의 동력을 전달받는 입력축; 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어를 보유하는 제1 유성기어세트; 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어를 보유하는 제2 유성기어세트; 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어를 보유하는 제3 유성기어세트; 제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어를 보유하는 제4 유성기어세트; 제5 선기어, 제5 유성캐리어, 제5 링기어를 보유하는 제5 유성기어세트; 상기 제1 선기어를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제1 회전축; 상기 제1, 제2 유성캐리어 및 제3 링기어를 포함하여 이루어지는 제2 회전축; 상기 제1, 제2 링기어를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제3 회전축; 상기 제2 선기어를 포함하여 이루어지며, 입력축과 선택적으로 연결되는 제4 회전축; 상기 제3 유성캐리어와 제4 링기어를 포함하여 이루어지며, 상기 제4 회전축과 선택적으로 연결되는 제5 회전축; 상기 제3 선기어를 포함하여 이루어지며, 상기 입력축에 직접 연결되는 제6 회전축; 상기 제4 유성캐리어와 제5 링기어를 포함하여 이루어지며, 상기 입력축에 선택적으로 연결되는 제7 회전축; 상기 제5 유성캐리어를 포함하여 이루어지며, 출력부재에 직접 연결되는 제8 회전축; 상기 제4, 제5 선기어를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제9 회전축; 상기 회전축와 회전축, 및 상기 회전축과 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 6개의 마찰요소를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인을 제공할 수 있다.

또한, 상기 제1, 제3, 제4, 제5 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지고, 상기 제2 유성기어세트는 더블 피니언 유성기어세트로 이루어질 수 있다.

또한, 유성기어세트는 엔진 측으로부터 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트의 순으로 배치될 수 있다.

또한, 유성기어세트는 엔진 측으로부터 상기 제1, 제2, 제3, 제5, 제4 유성기어세트의 순으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 6개의 마찰요소는 상기 입력축과 제4 회전축 사이에 개재되는 제1 클러치; 상기 제4 회전축과 제5 회전축 사이에 개재되는 제2 클러치; 상기 입력축과 제7 회전축 사이에 개재되는 제3 클러치; 상기 제1 회전축과 변속기 하우징 사이에 개재되는 제1 브레이크; 상기 제3 회전축과 변속기 하우징 사이에 개재되는 제2 브레이크; 상기 제9 회전축과 변속기 하우징 사이에 개재되는 제3 브레이크를 포함할 수 있다.

또한, 상기 6개의 마찰요소의 선택적 작동에 의하여 구현되는 변속단은 상기 제2 클러치와 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제1 변속단; 상기 제1, 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제2 변속단; 상기 제2 클러치와 제1, 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제3 변속단; 상기 제1 클러치와 제1, 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제4 변속단; 상기 제1, 제2 클러치와 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제5 변속단; 상기 제1, 제3 클러치와 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제6 변속단; 상기 제1, 제2, 제3 클러치의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제7 변속단; 상기 제1, 제3 클러치와 제1 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제8 변속단; 상기 제2, 제3 클러치와 제1 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제9 변속단; 상기 제3 클러치와 제1, 제2 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제10 변속단; 상기 제2, 제3 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제11 변속단; 상기 제1, 제3 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제12 변속단; 상기 제1 클러치와 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 후진 변속단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 단순 유성기어세트로 이루어지는 5개의 유성기어세트를 6개의 마찰요소로 조합하여 전진 12속의 변속단 및 후진 1속의 변속단을 구현하여 동력전달성능 및 연비를 향상시킬 수 있다.

그리고 각 변속단별 3개의 마찰요소가 작동하면서 비작동 마찰요소를 최소화하여 드래그 토크를 저감시켜 동력 손실을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 마찰요소의 변속단별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 변속선도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

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 부여하여 설명한다.

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 유성기어트레인의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인은 입력축(IS)과, 상기 입력축(is) 상에 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5)와, 출력축(OS)과, 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5)의 각 회전요소를 상호 직접 연결하는 9개의 회전축(TM1 ~ TM9)과, 6개의 마찰요소(C1 ~ C3)(B1 ~ B3)와, 변속기 하우징(H)을 구비한다.

이에 따라, 상기 입력축(IS)으로부터 입력되는 회전동력이 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5)의 상호 보완작동에 의해 변속되어 출력축(OS)을 통해 출력된다.

그리고 상기 각 단순 유성기어세트는 엔진 측으로부터 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5)의 순으로 배치된다.

상기 입력축(IS)은 입력부재로서, 엔진(미도시)의 크랭크 샤프트(미도시)로부터의 회전동력이 토크 컨버터(미도시)를 통해 토크 변환이 이루어져 입력된다.

상기 출력축(OS)은 출력부재로서, 상기 입력축(IS)과 동일축선 상으로 배치되어 후측부에서 출력기어(미도시)와 직접 연결되어 변속된 구동력을 차동장치를 통해 구동축으로 전달한다.

상기 제1 유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 선기어(S1)와, 상기 제1 선기어(S1)와 외접으로 맞물리는 제1 피니언(P1)을 회전 지지하는 제1 유성 캐리어(PC1)와, 상기 제1 피니언(P1)과 내접으로 맞물리는 제1 링기어(R1)를 회전요소로 포함한다.

상기 제2 유성기어세트(PG2)는 더블 피니언 유성기어세트로서, 제2 선기어(S2), 상기 제2 선기어(S2)와 외접으로 맞물리는 제2 피니언(P2)을 회전 지지하는 제2 유성 캐리어(PC2), 상기 제2 피니언(P2)과 내접으로 맞물리는 제2 링기어(R2)를 포함한다.

상기 제3 유성기어세트(PG3)와 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제3 선기어(S3), 상기 제3 선기어(S3)와 외접으로 맞물리는 제3 피니언(P3)을 회전 지지하는 제3 유성 캐리어(PC3), 상기 제3 피니언(P3)과 내접으로 맞물리는 제3 링기어(R3)를 포함한다.

상기 제4 유성기어세트(PG4)와 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제4 선기어(S4), 상기 제4 선기어(S4)와 외접으로 맞물리는 제4 피니언(P4)을 회전 지지하는 제4 유성 캐리어(PC4), 상기 제4 피니언(P4)과 내접으로 맞물리는 제4 링기어(R4)를 포함한다.

상기 제5 유성기어세트(PG5)와 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제5 선기어(S5), 상기 제5 선기어(S5)와 외접으로 맞물리는 제5 피니언(P5)을 회전 지지하는 제5 유성 캐리어(PC5), 상기 제5 피니언(P5)과 내접으로 맞물리는 제5 링기어(R5)를 포함한다.

그리고 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5)는 적어도 하나 이상의 회전요소가 상호 직접 연결되어 총 9개의 회전축(TM1 ~ TM9)을 보유하면서 작동한다.

상기 9개의 회전축(TM1 ~ TM9)의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1 회전축(TM1)은 제1 선기어(S1)를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되면서 고정요소로 작동된다.

상기 제2 회전축(TM2)은 제1, 제2 유성캐리어(PC1)(PC2) 및 제3 링기어(R3)를 포함하여 이루어지며, 공전요소로 작동된다.

상기 제3 회전축(TM3)은 제1, 제2 링기어(R1)(R2)를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되면서 고정요소로 작동된다.

상기 제4 회전축(TM4)은 제2 선기어(S2)를 포함하여 이루어지며, 입력축(IS)과 선택적으로 연결되면서 입력요소로 작동한다.

상기 제5 회전축(TM5)은 제3 유성캐리어(PC3)와 제4 링기어(R4)를 포함하여 이루어지며, 상기 제4 회전축(TM4)와 선택적으로 연결된다.

상기 제6 회전축(TM6)은 제3 선기어(S3)를 포함하여 이루어지며, 입력축(IS)과 직접 연결되어 항시 입력요소로 작동된다.

상기 제7 회전축(TM7)은 제4 유성캐리어(PC4)와 제5 링기어(R5)를 포함하여 이루어지며, 입력축(IS)과 선택적으로 연결되면서 입력요소로 작동된다.

상기 제8 회전축(TM8)은 제5 유성캐리어(PC5)를 포함하여 이루어지며, 출력축(OS)과 직접 연결되어 항시 출력요소로 작동된다.

상기 제9 회전축(TM9)은 제4, 제5 선기어(S4)(S5)를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되면서 고정요소로 작동된다.

그리고 상기 회전축(TM1 ~ TM9)중, 입력축(IS) 또는 회전축끼리 선택적으로 연결되는 부위에는 마찰요소인 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)가 배치된다.

또한, 상기 회전축(TM1 ~ TM9) 중, 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되어 부위에는 마찰요소인 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)가 배치된다.

상기 6개의 마찰요소(C1 ~ C3)(B1 ~ B3)의 배치 위치를 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1 클러치(C1)는 입력축(IS)과 제4 회전축(TM4) 사이에 개재되어 압력축(IS)와 제4 회전축(TM4)이 선택적으로 일체가 되도록 한다.

상기 제2 클러치(C2)는 제4 회전축(TM4)과 제5 회전축(TM5) 사이에 개재되어 제4 회전축(TM4)과 제5 회전축(TM5)이 선택적으로 일체가 되도록 한다.

상기 제3 클러치(C3)는 입력축(IS)과 제7 회전축(TM7) 사이에 개재되어 입력축(IS)과 제7 회전축(TM7)이 선택적으로 일체가 되도록 한다.

상기 제1 브레이크(B1)는 제1 회전축(TM1)과 변속기 하우징(H) 사이에 개재되어 제1 회전축(TM1)이 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 한다.

상기 제2 브레이크(B2)는 제3 회전축(TM3)과 변속기 하우징(H) 사이에 개재되어 상기 제3 회전축(TM3)이 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 한다.

상기 제3 브레이크(B3)는 제9 회전축(TM9)과 변속기 하우징(H) 사이에 개재되어 상기 제9 회전축(TM9)이 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 한다.

상기에서 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 각 마찰요소는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 마찰요소의 각 변속단별 작동표이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인은 각 변속단에서 3개의 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어진다.

전진 1속 변속단(1ST)은 제2 클러치(C2)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

전진 2속 변속단(2ND)은 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

전진 3속 변속단(3RD)은 제2 클러치(C2)와 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

전진 4속 변속단(4TH)은 제1 클러치(C1)와 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

전진 5속 변속단(5TH)은 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제3 브레이크(B3)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

전진 6속 변속단(6TH)은 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제3 브레이크(B3)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

전진 7속 변속단(7TH)은 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

전진 8속 변속단(8TH)은 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제1 브레이크(B1)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

전진 9속 변속단(9TH)은 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제1 브레이크(B1)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

전진 10속 변속단(10TH)은 제3 클러치(C3)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

전진 11속 변속단(11TH)은 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제2 브레이크(B2)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

전진 12속 변속단(12TH)은 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

후진 변속단(REV)은 제1 클러치(C1)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)의 동시 작동에 의하여 구현된다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 각 변속단별 변속선도이며, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 유성기어트레인의 변속과정을 레버 해석법으로 도시하고 있다.

도 3을 참조하면, 제1, 제2, 제3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)의 조합에 의한 6개의 세로선은 좌측으로부터 제1 회전축(TM1), 제2 회전축(TM2), 제3 회전축(TM3), 제4 회전축(TM4), 제5 회전축(TM5), 제6 회전축(TM6)으로 설정되며, 제4, 제5 유성기어세트(PG4)(PG5)의 조합에 의한 4개의 세로선은 좌측으로부터 제5 회전축(TM5), 제7 회전축(TM7), 제8 회전축(TM8), 제9 회전축(TM9)로 설정된다.

또한, 하측의 가로선은 회전속도 "0"을 나타내고, 상측의 가로선은 회전속도 "1"을 의미한다.

그리고 상기에서 회전속도 "1"은 입력축(IS)의 회전속도가 "1" 이라고 가정한 것이며, 세로선의 간격은 각 유성기어세트(PG1 ~ PG5)의 각 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 설정된다.

또한, 상기 세로선의 회전축 설정은 유성기어트레인의 당업자라면 당연히 알 수 있는 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략한다.

이하, 도 2와 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 각 변속단별 변속과정을 설명한다.

먼저, 제1, 제2, 제3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)의 조합으로 이루어진 복합유성기어세트에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)의 선택적인 작동에 따라 입력축(IS)으로부터 입력되는 회전동력을 6개의 변속비로 변속하여 제5 회전축(TM5)을 통해 출력하는 제1 변속부(TF1)가 된다.

그리고 상기 제4, 제5 유성기어세트(PG4)(PG5)로 이루어지는 복합유성기어세트에서는 상기 제5 회전축(TM5)을 통해 입력되는 6개의 회전동력을 제3 클러치(C3) 및 제3 브레이크(B3)의 선택적인 작동으로 전진 12속 및 후진 1속의 변속단으로 변속하여 최종 출력부재인 제8 회전축(TM8)을 통해 출력하는 제2 변속부(TF2)가 된다.

상기 제1 변속부(TF1)에서는 제6 회전축(TM6)으로 항시 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제4 회전축(TM4)으로 선택적인 입력이 이루어지면서 각각 2개의 마찰요소가 작동하여 변속되는 변속과정을 가시적으로 살펴보면 6개의 속도선으로 나타낼 수 있다.

상기 제1 속도선(T1)은 상기 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 작동할 때 형성되면서 전진 1속 및 전진 11속 변속에 관계한다.

상기 제2 속도선(T2)은 상기 제1 브레이크(B1)와 제2 브레이크(B2)가 작동할 때 형성되면서 전지 2속과 전진 10속 변속에 관계한다.

상기 제3 속도선(T3)은 상기 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)가 작동할 때 형성되면서 전진 3속 및 전진 9속 변속에 관계한다.

상기 제4 속도선(T4)은 상기 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)가 작동할 때 형성되면서 전진 4속 및 전진 8속 변속에 관계한다.

상기 제5 속도선(T5)은 상기 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)가 작동할 때 형성되면서 전진 5속 및 전진 7속 변속에 관계한다.

상기 제6 속도선(T6)은 상기 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)가 작동할 때 형성되면서 전진 6속 및 전진 12속과 후진 변속에 관계한다.

상기와 같은 제1 변속부(TF1)의 작동을 참조하면서 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 각 변속단별 변속과정을 설명한다.

[전진 1속]

도 2를 참조하면, 전진 1속 변속단(1ST)에서는 제2 클러치(C2)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)가 작동 제어된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1 변속부(TF1)에서는 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 작동하면서 제1 속도선(T1)을 형성하고, 변속된 회전동력이 제5 회전축(TM5)을 통해 제2 변속부(TF2)로 입력된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 브레이크(B3)의 작동으로 제9 회전축(TM9)이 고정요소로 작동하는 바, 제1 변속선(SP1)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D1 만큼 출력되는 전진 1속의 변속이 이루어진다.

[전진 2속]

전진 2속 변속단(2ND)에서는 상기 전진 1속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제1 브레이크(B1)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1 변속부(TF1)에서는 제1 브레이크(B1)와 제2 브레이크(B2)가 작동하면서 제2 속도선(T2)을 형성하고, 변속된 회전동력이 제5 회전축(TM5)을 통해 제2 변속부(TF2)로 입력된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 브레이크(B3)의 작동으로 제9 회전축(TM9)이 고정요소로 작동하는 바, 제2 변속선(SP2)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D2 만큼 출력되는 전진 2속의 변속이 이루어진다.

[전진 3속]

전진 3속에서는 상기 전진 2속의 상태에서 작동하던 제2 브레이크(B2)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1 변속부(TF1)에서는 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)가 작동하면서 제3 속도선(T3)을 형성하고, 변속된 회전동력이 제5 회전축(TM5)을 통해 제2 변속부(TF2)로 입력된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 브레이크(B3)의 작동으로 제9 회전축(TM9)이 고정요소로 작동하는 바, 제3 변속선(SP3)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D3 만큼 출력되는 전진 3속의 변속이 이루어진다.

[전진 4속]

전진 4속에서는 상기 전진 3속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제1 클러치(C1)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1 변속부(TF1)에서는 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B1)가 작동하면서 제4 속도선(T4)을 형성하고, 변속된 회전동력이 제5 회전축(TM5)을 통해 제2 변속부(TF2)로 입력된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 브레이크(B3)의 작동으로 제9 회전축(TM9)이 고정요소로 작동하는 바, 제4 변속선(SP4)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D4 만큼 출력되는 전진 4속의 변속이 이루어진다.

[전진 5속]

전진 5속에서는 상기 전진 4속의 상태에서 작동하던 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1 변속부(TF1)에서는 제1, 제2 클러치(C2)가 작동하면서 직결의 상태인 제5 속도선(T5)을 형성하고, 변속된 회전동력이 제5 회전축(TM5)을 통해 제2 변속부(TF2)로 입력된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 브레이크(B3)의 작동으로 제9 회전축(TM9)이 고정요소로 작동하는 바, 제5 변속선(SP5)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D5 만큼 출력되는 전진 5속의 변속이 이루어진다.

[전진 6속]

전진 6속에서는 상기 전진 5속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제2 변속부(TF2)에서는 제7 회전축(TM7)을 통해 입력이 이루어지는 상태에서 제3 브레이크(B3)의 작동으로 제9 회전축(TM9)이 고정요소로 작동하는 바, 제6 변속선(SP6)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D6 만큼 출력되는 전진 6속의 변속이 이루어진다.

이때 제1 변속부(TF1)에서는 각 회전축의 보완 작동에 의하여 공전은 하지만 변속에 직접 영향은 미치지 않는다.

[전진 7속]

전진 7속에서는 상기 전진 6속의 상태에서 작동하던 제3 브레이크(B3)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 입력이 이루어지게 되는 바, 제7 변속선(SP7)과 같이 직결의 상태가 되면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D7 만큼 출력되는 전진 7속의 변속이 이루어진다.

[전진 8속]

전진 8속에서는 상기 전진 7속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제1 브레이크(B1)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1 변속부(TF1)에서는 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)가 작동하면서 제4 속도선(T4)을 형성하고, 변속된 회전동력이 제5 회전축(TM5)을 통해 제2 변속부(TF2)로 입력된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동으로 제7 회전축(TM7)이 입력요소로 작동하는 바, 제8 변속선(SP8)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D8 만큼 출력되는 전진 8속의 변속이 이루어진다.

[전진 9속]

전진 9속에서는 상기 전진 8속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동으로 제7 회전축(TM7)이 입력요소로 작동하는 바, 제9 변속선(SP9)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D9 만큼 출력되는 전진 9속의 변속이 이루어진다.

[전진 10속]

전진 10속에서는 상기 전진 9속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제2 브레이크(B2)가 작동된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동으로 제7 회전축(TM7)이 입력요소로 작동하는 바, 제10 변속선(SP10)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D10 만큼 출력되는 전진 10속의 변속이 이루어진다.

[전진 11속]

전진 11속에서는 상기 전진 10속의 상태에서 작동하던 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동으로 제7 회전축(TM7)이 입력요소로 작동하는 바, 제11 변속선(SP11)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D11 만큼 출력되는 전진 11속의 변속이 이루어진다.

[전진 12속]

전진 12속에서는 상기 전진 11속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동을 해제하고, 제1 클러치(C1)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1 변속부(TF1)에서는 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 작동하면서 제6 속도선(T6)을 형성하고, 변속된 회전동력이 제5 회전축(TM5)을 통해 제2 변속부(TF2)로 입력된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동으로 제7 회전축(TM7)이 입력요소로 작동하는 바, 제12 변속선(SP12)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 D12 만큼 출력되는 전진 12속의 변속이 이루어진다.

[후진]

후진 변속단에서는 제1 클러치(C1)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)가 작동된다.

그리고 상기 제2 변속부(TF2)에서는 상기 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 브레이크(B3)의 작동으로 제9 회전축(TM9)이 고정요소로 작동하는 바, 후진 변속선(RS)을 형성하면서 출력요소인 제8 회전축(TM8)을 통해 REV 만큼 출력되는 후진 변속이 이루어진다.

상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 5개의 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5)를 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)의 작동 제어를 통하여 전진 12속 및 후진 1속의 변속단을 실현할 수 있다.

이에 따라 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인은 자동변속기의 다단화로 동력전달효율 및 연비를 향상시킬 수 있다.

그리고 각 변속단별 3개의 마찰요소가 작동되도록 함으로써, 작동하지 않는 마찰요소의 숫자를 최소화하여 마찰 드래그 손실을 줄임으로써, 동력전달효율 및 연비를 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 실시예는 전륜 구동 차량에 적용할 수 있도록 출력축(OS)과 출력기어(OG)를 배치하고 있으나, 제2 실시예는 후륜 구동 차량에 적용할 수 있도록 출력축(OS)을 후측으로 인출하고 있다.

이를 위하여 제5 유성기어세트(PG5)를 제4 유성기어세트(PG4)의 전측에 배치하여 제8 회전축(TM8)과 연결되는 출력축(OS)을 상기 입력축(IS)의 후측에서 동일축선 상으로 배치하고, 후측으로 인출하여 미도시한 드라이브 샤프트와 연결되도록 하였다.

상기 제2 실시예는 제1 실시예와 비교하여 제5 유성기어세트(PG5)를 제4 유성기어세트(PG4)의 전측에 배치하고 제8 회전축(TM8)과 연결되는 출력축(OS)을 상기 입력축(IS)의 후측에서 동일축선 상으로 배치한 것 이외의 구성과 변속과정은 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

B1,B2,B3... 제1, 제2, 제3 브레이크
C1,C2,C3... 제1, 제2, 제3 클러치
PG1,PG2,PG3,PG4,PG5... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트
S1,S2,S3,S4,S5... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 선기어
PC1,PC2,PC3,PC4,PC5... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성캐리어
R1,R2,R3,R4,R5... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 링기어
IS... 입력축
OS... 출력축
TM1,TM2,TM3,TM4,TM5,TM6,TM7,TM8,TM9...제1,제2,제3,제4,제5,제6,제7,제8,제9 회전축

Claims

엔진의 동력을 전달받는 입력축;
제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어를 보유하는 제1 유성기어세트;
제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어를 보유하는 제2 유성기어세트;
제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어를 보유하는 제3 유성기어세트;
제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어를 보유하는 제4 유성기어세트;
제5 선기어, 제5 유성캐리어, 제5 링기어를 보유하는 제5 유성기어세트;
상기 제1 선기어를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제1 회전축;
상기 제1, 제2 유성캐리어 및 제3 링기어를 포함하여 이루어지는 제2 회전축;
상기 제1, 제2 링기어를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제3 회전축;
상기 제2 선기어를 포함하여 이루어지며, 입력축과 선택적으로 연결되는 제4 회전축;
상기 제3 유성캐리어와 제4 링기어를 포함하여 이루어지며, 상기 제4 회전축과 선택적으로 연결되는 제5 회전축;
상기 제3 선기어를 포함하여 이루어지며, 상기 입력축에 직접 연결되는 제6 회전축;
상기 제4 유성캐리어와 제5 링기어를 포함하여 이루어지며, 상기 입력축에 선택적으로 연결되는 제7 회전축;
상기 제5 유성캐리어를 포함하여 이루어지며, 출력부재에 직접 연결되는 제8 회전축;
상기 제4, 제5 선기어를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제9 회전축;
을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제3, 제4, 제5 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지고,
상기 제2 유성기어세트는 더블 피니언 유성기어세트로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트는
엔진 측으로부터 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트의 순으로 배치되는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트는
엔진 측으로부터 상기 제1, 제2, 제3, 제5, 제4 유성기어세트의 순으로 배치되는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 입력축과 제4 회전축 사이에 개재되는 제1 클러치;
상기 제4 회전축과 제5 회전축 사이에 개재되는 제2 클러치;
상기 입력축과 제7 회전축 사이에 개재되는 제3 클러치;
상기 제1 회전축과 변속기 하우징 사이에 개재되는 제1 브레이크;
상기 제3 회전축과 변속기 하우징 사이에 개재되는 제2 브레이크;
상기 제9 회전축과 변속기 하우징 사이에 개재되는 제3 브레이크;
를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제5항에 있어서,
상기 6개의 마찰요소의 선택적 작동에 의하여 구현되는 변속단은
상기 제2 클러치와 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제1 변속단;
상기 제1, 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제2 변속단;
상기 제2 클러치와 제1, 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제3 변속단;
상기 제1 클러치와 제1, 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제4 변속단;
상기 제1, 제2 클러치와 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제5 변속단;
상기 제1, 제3 클러치와 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제6 변속단;
상기 제1, 제2, 제3 클러치의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제7 변속단;
상기 제1, 제3 클러치와 제1 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제8 변속단;
상기 제2, 제3 클러치와 제1 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제9 변속단;
상기 제3 클러치와 제1, 제2 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제10 변속단;
상기 제2, 제3 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제11 변속단;
상기 제1, 제3 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 전진 제12 변속단;
상기 제1 클러치와 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의하여 구현되는 후진 변속단을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.