KR101684059B1 - 차량용 변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토크인터럽션에 의한 변속감 및 승차감 저하를 방지하면서도, 비교적 간단하고 컴팩트한 구성이 가능하여 차량에의 탑재성이 향상되고 연비 향상에 기여할 수 있도록 한 차량용 변속기를 제공한다.

Description

차량용 변속기{TRANSMISSION FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래 수동변속기에서 주로 사용되는 동기치합식 변속메커니즘을 기초로 하되 자동적으로 변속이 이루어질 수 있도록 하는 변속기의 구성에 관한 기술이다.

종래 AMT(Automated Manual Transmission)는 클러치를 단속하는 클러치액츄에이터와 이전 변속단을 해제하고 원하는 목표 변속단을 치합시키는 변속액츄에이터를 구비하여, 차량의 주행상태에 따라 상기 클러치액츄에이터와 변속액츄에이터를 구동하여 자동적으로 변속이 이루어질 수 있도록 하고 있다.

그런데, 상기한 바와 같은 종래의 AMT는 변속액츄에이터를 구동하여 이전 변속단을 해제하고 새로운 목표 변속단을 치합시기키 위해, 상기 클러치액츄에이터에서 AMT로 입력되는 토크를 차단하여야 하므로, 엔진으로부터 구동륜으로 제공되어야 할 토크가 차단되는 토크인터럽션(torque interruption)이 발생되며, 이는 차량의 변속감은 물론 승차감을 크게 저하시키는 문제가 있다.

상기 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.

KR 1020120043347 A

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 토크인터럽션에 의한 변속감 및 승차감 저하를 방지하면서도, 비교적 간단하고 컴팩트한 구성이 가능하여 차량에의 탑재성이 향상되고 연비 향상에 기여할 수 있도록 한 차량용 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 변속기는,

엔진으로부터의 동력을 단속적으로 전달받도록 설치된 제1입력축과;

상기 엔진의 동력을 항상 전달받도록 설치된 제2입력축과;

상기 제1입력축에 대하여 평행하게 배치된 출력축과;

상기 제1입력축에 대하여 평행하게 배치되고 상기 출력축으로 동력을 전달할 수 있도록 설치된 제1카운터축과;

구현하고자 하는 일련의 전체 변속단을 상기 제1입력축과 출력축 사이 및 상기 제1입력축과 제1카운터축 사이에 구현하도록 구성된 제1변속유닛과;

상기 제2입력축에 평행하게 배치되고 상기 출력축으로 동력을 전달할 수 있도록 설치된 제2카운터축과;

상기 제1변속유닛에서 구현하는 전체 변속단들 중 적어도 하나 이상의 변속단과 동일한 변속비를 가진 중복 변속단을 상기 제2입력축과 제2카운터축 사이에 구현하도록 구성된 제2변속유닛과;

상기 엔진으로부터 상기 제2변속유닛을 통해 상기 출력축에 이르는 동력 전달 경로 상에, 상기 엔진으로부터 출력축을 향하는 방향으로만 동력을 전달하도록 구비된 원웨이클러치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 토크인터럽션에 의한 변속감 및 승차감 저하를 방지하면서도, 비교적 간단하고 컴팩트한 구성이 가능하여 차량에의 탑재성이 향상되고 연비 향상에 기여할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 변속기의 실시예를 도시한 도면,
도 2 내지 도 5는 도 1의 변속기가 중립상태로부터 1단 주행상태까지 작동하는 과정을 설명한 도면,
도 6 내지 도 9는 도 1의 변속기가 1단 주행상태로부터 2단 주행상태까지 작동하는 과정을 설명한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 차량용 변속기의 실시예는, 엔진(E)으로부터의 동력을 단속적으로 전달받도록 설치된 제1입력축(IN1)과; 상기 엔진(E)의 동력을 항상 전달받도록 설치된 제2입력축(IN2)과; 상기 제1입력축(IN1)에 대하여 평행하게 배치된 출력축(OUT)과; 상기 제1입력축(IN1)에 대하여 평행하게 배치되고 상기 출력축(OUT)으로 동력을 전달할 수 있도록 설치된 제1카운터축(CN1)과; 구현하고자 하는 일련의 전체 변속단을 상기 제1입력축(IN1)과 출력축(OUT) 사이 및 상기 제1입력축(IN1)과 제1카운터축(CN1) 사이에 구현하도록 구성된 제1변속유닛(SU1)과; 상기 제2입력축(IN2)에 평행하게 배치되고 상기 출력축(OUT)으로 동력을 전달할 수 있도록 설치된 제2카운터축(CN2)과; 상기 제1변속유닛(SU1)에서 구현하는 전체 변속단들 중 적어도 하나 이상의 변속단과 동일한 변속비를 가진 중복 변속단을 상기 제2입력축(IN2)과 제2카운터축(CN2) 사이에 구현하도록 구성된 제2변속유닛(SU2)과; 상기 엔진(E)으로부터 상기 제2변속유닛(SU2)을 통해 상기 출력축(OUT)에 이르는 동력 전달 경로 상에, 상기 엔진(E)으로부터 출력축(OUT)을 향하는 방향으로만 동력을 전달하도록 구비된 원웨이클러치(OWC)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명의 변속기는 엔진(E)의 동력이 기본적으로 상기 제1변속유닛(SU1)을 통해 출력축(OUT)으로 전달될 수 있는 경로 이외에, 상기 제2변속유닛(SU2)을 통해서 상기 제1변속유닛(SU1)에서 구현되는 변속비와 동일한 변속비로 전달할 수 있는 경로를 구비한 것이며, 상기 제1변속유닛(SU1)을 통한 동력과 상기 제2변속유닛(SU2)을 통한 동력 사이의 인터록을 상기 원웨이클러치(OWC)가 구조적으로 차단시켜줄 수 있도록 한 것이다.

상기 제1입력축(IN1)은 상기 제2입력축(IN2)의 외측을 감싸는 중공축으로 형성되고 클러치(CL)를 통해 엔진(E)과 연결된 구조이다.

상기 제2카운터축(CN2)은 상기 출력축(OUT)과 동심축을 이루어 배치되고, 본 실시예에서, 상기 원웨이클러치(OWC)는 상기 제2카운터축(CN2)과 출력축(OUT) 사이에서 상기 제2카운터축(CN2)의 동력을 출력축(OUT)으로만 전달하도록 설치된다.

물론, 상기 원웨이클러치(OWC)는 이외에 상기 제2변속유닛(SU2)을 구성하는 기어 등에도 설치될 수 있을 것이다.

상기 제1카운터축(CN1)에는 동력을 인출하기 위한 인출기어(ET)가 구비되고, 상기 출력축(OUT)에는 상기 인출기어(ET)로부터의 동력을 전달받을 수 있도록 리시브기어(RV)가 구비되며, 상기 인출기어(ET)와 리시브기어(RV) 사이에 동력을 전달하도록 아이들러기어(ID)가 설치된다.

따라서, 상기 제1변속유닛(SU1) 중에서 상기 제1입력축(IN1)과 제1카운터축(CN1) 사이에서 변속단을 형성하도록 구성된 부분을 통한 엔진(E)의 동력은 상기 인출기어(ET)와 아이들러기어(ID) 및 리시브기어(RV)를 차례로 통하여 상기 출력축(OUT)으로 전달된 후, 상기 출력축(OUT)에 연결되는 디퍼렌셜 등으로 인출되게 된다.

본 실시예에서, 상기 리시브기어(RV)는 상기 출력축(OUT)의 단부에 설치되고, 내부에 상기 제2카운터축(CN2)에 연결된 원웨이클러치(OWC)가 구비된 구성이다.

한편, 상기 제1변속유닛(SU1)이 구현하는 전체 변속단이 변속비가 가장 큰 1단부터 n단에 이르는 일련의 변속단인 경우, 상기 제2변속유닛(SU2)에 중복하여 구현하는 중복 변속단은 1단부터 m단에 이르는 일련의 변속단이며, 여기서, m <= n이고, n과 m은 자연수이다.

예컨대, 본 실시예에서와 같이 차량에서 필요로 하는 전체 변속단이 1단 내지 6단인 경우, 상기 제1변속유닛(SU1)은 변속비가 가장 큰 1단부터 가장 작은 6단까지 총 6개의 전진 변속단을 구현할 수 있도록 구성되어, 상기 n은 6이고, 상기 제2변속유닛(SU2)은 1단과 2단의 중복 변속단을 구현할 수 있도록 구성되어 있어서, m은 2인 것이다.

여기서, 상기 m <=n 인 이유는, 상기 제2변속유닛(SU2)에 의해 구현되는 중복 변속단이 변속시에 발생하는 토크 인터럽션을 방지함에 있어서 중요한 역할을 수행하는데, 토크 인터럽션은 차량이 상대적으로 큰 변속비로 주행하는 저속 주행상황에서 주로 변속감과 승차감에 영향을 주기 때문이다.

즉, 예컨대 총 전진 6단의 변속단을 구비한 차량에서, 차량의 주행중 토크 인터럽션에 의해 변속감이나 승차감이 문제되는 영역은 1단 변속단 내지 3단 변속단의 영역이고, 그 보다 높은 변속단에서는 실질적으로 차량의 속도가 빠르고 차량의 관성력이 커서 토크 인터럽션이 변속감이나 승차감에 큰 영향을 주지 않으므로, 1단 변속단 내지 3단 변속단의 영역에서 발생할 수 있는 토크 인터럽션을 개선할 수 있도록 상기 제2변속유닛(SU2)은 그에 필요한 저단의 변속단들과 동일한 변속비를 가지는 1단 및 2단의 중복 변속단을 구현할 수 있도록 구성하는 것이다.

물론, 상기 제2변속유닛(SU2)이 구현하는 중복되는 변속단의 수는 제작하고자 하는 차량의 설계 개념에 따라서 증감할 수 있을 것이지만, 항상 가장 큰 변속비의 변속단부터 차례로 복수개의 변속단을 중복하여 구현할 수 있도록 구성되는 것이다.

상기 제1변속유닛(SU1) 및 제2변속유닛(SU2)은 모두 싱크로메시 방식으로 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 구성되는 바, 상기 제1변속유닛(SU1)은 상기 전체 변속단들을 구현하기 위한 다수의 제1유닛구동기어(U1D)를 상기 제1입력축(IN1)에 구비하고, 상기 제1카운터축(CN1)과 출력축(OUT)에는 상기 제1유닛구동기어(U1D)에 치합되어 각각 변속단을 형성하는 다수의 제1유닛피동기어(U1P)를 구비하며, 상기 제1카운터축(CN1)과 출력축(OUT)에는 상기 다수의 제1유닛피동기어(U1P)를 각각 상기 제1카운터축(CN1)과 출력축(OUT)에 대하여 회전이 구속되거나 자유로운 상태를 전환하도록 하는 제1유닛동기장치(U1S)를 구비한 구성이다.

상기 제2변속유닛(SU2)은 상기 중복 변속단들을 구현하기 위한 다수의 제2유닛구동기어(U2D)를 상기 제2입력축(IN2)에 구비하고, 상기 제2카운터축(CN2)에는 상기 제2유닛구동기어(U2D)에 치합되어 각각 상기 중복 변속단을 형성하는 다수의 제2유닛피동기어(U2P)를 구비하며, 상기 제2카운터축(CN2)에는 상기 다수의 제2유닛피동기어(U2P)를 각각 상기 제2카운터축(CN2)에 대하여 회전이 구속되거나 자유로운 상태를 전환하도록 하는 제2유닛동기장치(U2S)를 구비한 구성이다.

물론, 상기 제2변속유닛(SU2)은 상기 제2유닛동기장치(U2S)를 상기 제2카운터축(CN2)이 아니라 상기 제2입력축(IN2)에 구비하도록 구성할 수도 있을 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명 차량용 변속기의 작용을 도 1 내지 도 9를 참조하여 살펴본다.

참고로, 도 1의 출력축(OUT)에는 출력기어(OT)가 구비되어 디퍼렌셜(DF)의 링기어(R)로 동력을 인출할 수 있도록 구성되어 있다.

도 1은 중립상태로서, 모든 제1유닛동기장치(U1S)와 제2유닛동기장치(U2S)가 중립상태이므로 상기 클러치(CL)의 체결 및 해제와 무관하게 엔진(E)의 시동이 가능하며, 도 1의 상태는 클러치(CL)가 해제되어 있다.

도 1의 상태에서 엔진(E) 시동을 한 후, 도 2와 같이 제1변속유닛(SU1)으로 1단을 체결하고, 도 3과 같이 클러치(CL)를 체결하면, 엔진(E)의 동력이 제1변속유닛(SU1)을 통해 변속되어 출력축(OUT)으로 인출됨으로써, 1단 발진이 이루어지게 된다.

도 3의 상태로 발진이 이루어진 후에는, 도 4와 같이 상기 제2변속유닛(SU2)에서도 1단을 중복해서 체결한다. 따라서, 이 상태에서는 엔진(E)의 동력이 상기 제1변속유닛(SU1) 및 제2변속유닛(SU2)을 모두 통하여 출력축(OUT)으로 인출된다.

도 5의 상태에서는 제1변속유닛(SU1)의 1단을 중립으로 해제하여, 2단으로의 변속에 대비하는데, 이때에도 엔진(E)의 동력은 상기 제2변속유닛(SU2)을 통해 여전히 1단의 변속단을 형성하면서 출력축(OUT)으로 제공되게 된다.

도 6의 상태는 도 5의 상태로부터 2단으로의 변속을 위해, 클러치(CL)를 해제하고 제1변속유닛(SU1)의 2단을 체결한 상태로서, 이 상태에서도 상기 제2입력축(IN2)은 상기 클러치(CL)의 해제와 상관없이 엔진(E)의 동력을 직접 전달받으므로, 제2변속유닛(SU2)을 통해 1단의 출력이 출력축(OUT)을 통해 디퍼렌셜(DF)로 지속적으로 전달된다.

도 7은 도 6의 상태로부터 클러치(CL)를 체결하여 실질적으로 2단으로의 변속이 일어나는 것으로서, 상기 클러치(CL)를 통해 전달되는 동력이 제1변속유닛(SU1)을 통해 2단의 변속비로 출력축(OUT)에 제공되기 시작하는 것이다.

이때, 상기 제1변속유닛(SU1)을 통해 2단 변속된 동력이 상기 출력축(OUT)으로 인가되지만, 그 동력이 상기 원웨이클러치(OWC)에 의해 상기 제2카운터축(CN2)으로는 전달되지 않아서, 상기 제2변속유닛(SU2)을 통해 상기 제2카운터축(CN2)으로 전달되는 동력과 인터록이 발생하지 않는다.

따라서, 이 상태에서, 차량은 상기 제2변속유닛(SU2)을 통해 1단 변속단의 동력으로 주행하다가 상기 클러치(CL)가 결합되면서 토크 인터럽션 없이 제1변속유닛(SU1)을 통한 2단의 동력으로 바로 주행이 이루어지게 되어, 차량의 변속감 및 승차감이 향상되는 효과를 가져오게 되는 것이다.

도 8은 도 7의 상태로부터 제2변속유닛(SU2)도 2단으로 변속을 하여, 엔진(E)의 동력이 제1변속유닛(SU1)과 제2변속유닛(SU2) 모두를 통해서 출력축(OUT)으로 2단의 변속비를 형성하면서 제공되는 상태이다.

도 9는 도 8의 상태로부터 제1변속유닛(SU1)의 2단을 해제한 상태를 도시한 것으로서, 이 상태에 의해 3단으로의 변속 준비가 이루어지는 것이며, 이때에도 물론 상기 엔진(E)의 동력은 제2변속유닛(SU2)을 통해 지속적으로 출력축(OUT)으로 2단의 변속비를 형성하면서 인출되는 상태이다.

도 9의 상태로부터 3단으로의 변속은 상기 1단으로부터 2단으로의 변속과 유사하게, 상기 클러치(CL)를 해제하고 제1변속유닛(SU1)으로 3단을 체결한 후, 클러치(CL)를 체결하면, 토크 인터럽션 없이 3단으로의 변속이 가능한 것이다.

물론, 본 실시예에서 이후의 4단 내지 6단의 변속은 종래와 동일하게 상기 제1변속유닛(SU1)만으로 클러치(CL)를 해제하고 이전 변속단을 해제하고 목표 변속단을 체결한 후 다시 클러치(CL)를 체결하는 방식으로 변속을 수행하여, 종래와 동일하게 토크 인터럽션이 발생은 하지만, 상위 변속단이므로 상술한 바와 같이 차량의 변속감이나 승차감에 큰 영향을 주지는 않게 된다.

또한, 본 실시예와 달리 상기 제2변속유닛(SU2)이 제1변속유닛(SU1)의 전체 변속단과 동일한 중복 변속단을 구비한다면, 모든 변속단의 변속시에 토크 인터럽션을 완전히 배제하도록 하는 것도 가능할 것이다.

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.

E; 엔진
IN1; 제1입력축
IN2; 제2입력축
OUT; 출력축
CN1; 제1카운터축
SU1; 제1변속유닛
CN2; 제2카운터축
SU2; 제2변속유닛
OWC; 원웨이클러치
CL; 클러치
ET; 인출기어
RV; 리시브기어
ID; 아이들러기어
U1D; 제1유닛구동기어
U1P; 제1유닛피동기어
U1S; 제1유닛동기장치
U2D; 제2유닛구동기어
U2P; 제2유닛피동기어
U2S; 제2유닛동기장치
OT; 출력기어
DF; 디퍼렌셜
R; 링기어

Claims (9)

1. 엔진(E)으로부터의 동력을 단속적으로 전달받도록 설치된 제1입력축(IN1)과;
   상기 엔진(E)의 동력을 항상 전달받도록 설치된 제2입력축(IN2)과;
   상기 제1입력축(IN1)에 대하여 평행하게 배치된 출력축(OUT)과;
   상기 제1입력축(IN1)에 대하여 평행하게 배치되고 상기 출력축(OUT)으로 동력을 전달할 수 있도록 설치된 제1카운터축(CN1)과;
   구현하고자 하는 일련의 전체 변속단을 상기 제1입력축(IN1)과 출력축(OUT) 사이 및 상기 제1입력축(IN1)과 제1카운터축(CN1) 사이에 구현하도록 구성된 제1변속유닛(SU1)과;
   상기 제2입력축(IN2)에 평행하게 배치되고 상기 출력축(OUT)으로 동력을 전달할 수 있도록 설치된 제2카운터축(CN2)과;
   상기 제1변속유닛(SU1)에서 구현하는 전체 변속단들 중 적어도 하나 이상의 변속단과 동일한 변속비를 가진 중복 변속단을 상기 제2입력축(IN2)과 제2카운터축(CN2) 사이에 구현하도록 구성된 제2변속유닛(SU2)과;
   상기 엔진(E)으로부터 상기 제2변속유닛(SU2)을 통해 상기 출력축(OUT)에 이르는 동력 전달 경로 상에, 상기 엔진(E)으로부터 출력축(OUT)을 향하는 방향으로만 동력을 전달하도록 구비된 원웨이클러치(OWC);
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1입력축(IN1)은 상기 제2입력축(IN2)의 외측을 감싸는 중공축으로 형성되고 클러치(CL)를 통해 엔진(E)과 연결된 것
   을 특징으로 하는 차량용 변속기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2카운터축(CN2)은 상기 출력축(OUT)과 동심축을 이루어 배치되고;
   상기 원웨이클러치(OWC)는 상기 제2카운터축(CN2)과 출력축(OUT) 사이에서 상기 제2카운터축(CN2)의 동력을 출력축(OUT)으로만 전달하도록 설치된 것
   을 특징으로 하는 차량용 변속기.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1카운터축(CN1)에는 동력을 인출하기 위한 인출기어(ET)가 구비되고;
   상기 출력축(OUT)에는 상기 인출기어(ET)로부터의 동력을 전달받을 수 있도록 리시브기어(RV)가 구비되며;
   상기 인출기어(ET)와 리시브기어(RV) 사이에 동력을 전달하도록 아이들러기어(ID)가 설치된 것
   을 특징으로 하는 차량용 변속기.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 리시브기어(RV)는 상기 출력축(OUT)의 단부에 설치되고, 내부에 상기 제2카운터축(CN2)에 연결된 원웨이클러치(OWC)가 구비된 것
   을 특징으로 하는 차량용 변속기.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1변속유닛(SU1)이 구현하는 전체 변속단이 변속비가 가장 큰 1단부터 n단에 이르는 일련의 변속단인 경우, 상기 제2변속유닛(SU2)에 중복하여 구현하는 중복 변속단은 1단부터 m단에 이르는 일련의 변속단이며;
   m <= n이고, n과 m은 자연수인 것
   을 특징으로 하는 차량용 변속기.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 제1변속유닛(SU1)은
   상기 전체 변속단들을 구현하기 위한 다수의 제1유닛구동기어(U1D)를 상기 제1입력축(IN1)에 구비하고;
   상기 제1카운터축(CN1)과 출력축(OUT)에는 상기 제1유닛구동기어(U1D)에 치합되어 각각 변속단을 형성하는 다수의 제1유닛피동기어(U1P)를 구비하며;
   상기 제1카운터축(CN1)과 출력축(OUT)에는 상기 다수의 제1유닛피동기어(U1P)를 각각 상기 제1카운터축(CN1)과 출력축(OUT)에 대하여 회전이 구속되거나 자유로운 상태를 전환하도록 하는 제1유닛동기장치(U1S)를 구비한 것
   을 특징으로 하는 차량용 변속기.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 제2변속유닛(SU2)은
   상기 중복 변속단들을 구현하기 위한 다수의 제2유닛구동기어(U2D)를 상기 제2입력축(IN2)에 구비하고;
   상기 제2카운터축(CN2)에는 상기 제2유닛구동기어(U2D)에 치합되어 각각 상기 중복 변속단을 형성하는 다수의 제2유닛피동기어(U2P)를 구비하며;
   상기 제2카운터축(CN2)에는 상기 다수의 제2유닛피동기어(U2P)를 각각 상기 제2카운터축(CN2)에 대하여 회전이 구속되거나 자유로운 상태를 전환하도록 하는 제2유닛동기장치(U2S)를 구비한 것
   을 특징으로 하는 차량용 변속기.
9. 청구항 7에 있어서, 상기 제2변속유닛(SU2)은
   상기 중복 변속단들을 구현하기 위한 다수의 제2유닛구동기어(U2D)를 상기 제2입력축(IN2)에 구비하고;
   상기 제2카운터축(CN2)에는 상기 제2유닛구동기어(U2D)에 치합되어 각각 상기 중복 변속단을 형성하는 다수의 제2유닛피동기어(U2P)를 구비하며;
   상기 제2입력축(IN2)에는 상기 다수의 제2유닛구동기어(U2D)를 각각 상기 제2입력축(IN2)에 대하여 회전이 구속되거나 자유로운 상태를 전환하도록 하는 제2유닛동기장치(U2S)를 구비한 것
   을 특징으로 하는 차량용 변속기.

Images