KR101836529B1 - 차량의 자동화 수동변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래 변속을 위해 필연적으로 동력을 순간적으로 차단했다가 연결해야만 했던 수동변속기의 메커니즘을 사용하면서도, 변속시에 구동륜에 별도의 동력을 전달할 수 있도록 하여, 변속중 발생되는 토크 저하 현상을 배제함으로써, 변속감이 저하되는 것을 방지하여 부드럽고 안정된 변속감을 형성하여, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

차량의 자동화 수동변속기{AUTOMATED MANUAL TRANSMISSION FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 자동화 수동변속기에 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, 종래 변속을 위해 필연적으로 동력을 순간적으로 차단했다가 연결해야만 했던 수동변속기의 메커니즘을 사용하면서도, 변속시에 구동륜에 별도의 동력을 전달할 수 있도록 하여, 변속중 발생되는 토크 저하 현상을 배제함으로써, 변속감이 저하되는 것을 방지하여 부드럽고 안정된 변속감을 형성하여, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한 차량의 자동화 수동 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 자동화 수동변속기는

동력발생장치로부터 입력축을 통해 동력을 전달받고, 상기 입력축과 출력축 사이에 서로 다른 다수의 변속비를 구현하여 구동륜으로 제공하는 다수의 변속기구를 구비한 유단변속부와;

상기 동력발생장치와 상기 구동륜 사이에 상기 유단변속부와 병렬로 무단의 변속비로 동력을 전달하도록 구비된 동력가변전달기구;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래 변속을 위해 필연적으로 동력을 순간적으로 차단했다가 연결해야만 했던 수동변속기의 메커니즘을 사용하면서도, 변속시에 구동륜에 별도의 동력을 전달할 수 있도록 하여, 변속중 발생되는 토크 저하 현상을 배제함으로써, 변속감이 저하되는 것을 방지하여 부드럽고 안정된 변속감을 형성하여, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 자동화 수동변속기의 구성도,
도 2는 도 1의 밀러형 속도변환기구로 구성된 동력가변전달기구의 구조를 상세히 도시한 도면,
도 3은 도 2의 밀러형 속도변환기구의 작동원리를 비교하여 도시한 도면,
도 4는 도 1의 구성도에서 엔진 시동시의 동력 전달 관계를 설명한 도면,
도 5는 도 1의 구성도에서 1단 주행중의 동력 전달 관계를 설명한 도면,
도 6은 도 1의 구성도에서 1단에서 2단으로 변속중의 동력 전달 관계를 설명한 도면,
도 7은 도 1의 구성도에서 2단 주행중의 동력 전달 관계를 설명한 도면,
도 8은 도 1의 구성도에서 R단 주행중의 동력 전달 관계를 설명한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 자동화 수동변속기의 실시예는 동력발생장치(1)로부터 입력축(3)을 통해 동력을 전달받고, 상기 입력축(3)과 출력축(5) 사이에 서로 다른 다수의 변속비를 구현하여 구동륜(7)으로 제공하는 다수의 변속기구를 구비한 유단변속부(9)와; 상기 동력발생장치(1)와 상기 구동륜(7) 사이에 상기 유단변속부(9)와 병렬로 무단의 변속비로 동력을 전달하도록 구비된 동력가변전달기구(11)를 포함하여 구성된다.

즉, 종래의 일반적인 수동 변속기 변속메커니즘을 가진 유단변속부(9)에 대하여, 상기 동력발생장치(1)로부터 병렬로 상기 동력가변전달기구(11)가 동력을 제공받아, 상기 입력축(3)을 우회하여, 상기 유단변속부(9)가 변속을 실시하느라 동력이 차단되는 동안에도, 동력이 구동륜(7)로 지속적으로 제공될 수 있도록 함으로써, 종래 변속중의 동력 단절에 따른 토크 저하 현상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

더구나, 상기 동력가변전달기구(11)는 무단의 변속비로 상기 동력발생장치(1)의 동력을 상기 구동륜(7)으로 바이패스하여 전달할 수 있으므로, 상기 유단변속부(9)에서 이루어지는 다양한 변속단 사이의 변속에 대응하여 적절한 동력을 구동륜(7)으로 지속적으로 제공할 수 있도록 함으로써, 변속시 동력 단절감을 해소함은 물론, 차량의 가속감이나 주행안정성의 향상에 크게 기여할 수 있는 것이다.

상기 유단변속부(9)는 상기 동력발생장치(1)로부터 클러치(13)를 통해 상기 입력축(3)으로 동력을 전달받을 수 있도록 구성되어, 상기 클러치(13)의 단속에 의해 동력을 차단한 상태에서 변속을 수행할 수 있는 종래의 수동변속기와 거의 동일한 메커니즘을 구성한다.

상기 유단변속부(9)의 출력축(5)에는 차동장치(15)로 동력을 인출하는 출력기어(17)가 구비되며, 상기 동력가변전달기구(11)는 상기 동력발생장치(1)로부터 상기 클러치(13)를 경유하지 않고 직접 동력을 전달받아 상기 출력기어(17)를 통해 상기 차동장치(15)로 동력을 인출하도록 설치된다.

본 실시예에서, 상기 동력가변전달기구(11)는 도 2와 도 3에 상세히 설명된 바와 같이 동력발생장치(1)로부터 전달되는 동력을 받아 회전되는 인풋기어(19)를 구비한 인풋샤프트(21)와; 상기 구동륜(7)으로 동력을 인출하는 아웃풋기어(23)를 구비한 아웃풋샤프트(25)와; 상기 아웃풋샤프트(25)에 회전축이 구비되고 상기 회전축 내측에서 상기 인풋샤프트(21)와의 접촉위치가 가변되도록 설치된 동력전달볼(27)과; 상기 동력전달볼(27)의 회전축 외측에서 회전이 구속된 상태로 상기 동력전달볼(27)과의 접촉위치가 가변되도록 설치된 고정가이드(29)와; 상기 인풋샤프트(21)와 함께 상기 동력전달볼(27)의 회전축 내측에서 상기 동력전달볼(27)을 감싸면서 그 접촉위치가 가변되도록 설치된 내측서포트(31)와; 상기 고정가이드(29)와 함께 상기 동력전달볼(27)의 회전축 외측에서 상기 동력전달볼(27)을 감싸면서 축방향으로 밀어 그 접촉위치가 가변되도록 설치된 외측서포트(33)를 포함하여 구성된 밀러형 속도변환기구로 구성된다.

참고로, 도 2와 도 3에서 우측은 단면도를 표시한 것이고, 그 좌측은 상기 동력전달볼(27)을 원판으로 표현하고, 상기 인풋샤프트(21)와 상기 고정가이드(29)가 상기 동력전달볼(27)에 접촉하는 것을 이해가 용이하게 상기 원판의 지름이 변경되면서 접촉하는 부재로 표현하여 동력의 증속과 감속원리를 설명한 것이다.

즉, 도 3의 중립상태를 보면, 상기 외측서포트(33)가 상기 동력전달볼(27)을 밀지 않아서, 상기 동력전달볼(27)이 구속된 회전을 하지 않게 되므로 상기 인풋샤프트(21)로 입력된 동력은 상기 동력전달볼(27)을 자전만시킬뿐 공전시키지 못해서 상기 동력전달볼(27)의 회전축을 구비하고 있는 상기 출력축(5)을 회전시키지 못하여, 동력은 차단된 상태를 가진다.

도 3의 감속상태를 보면, 상기 외측서포트(33)가 상기 동력전달볼(27)의 외측 외경부에 접촉하면서 상기 고정가이드(29)에도 상기 동력전달볼(27)의 외측 외경부가 접촉하도록 하며, 이때 상기 내측서포트(31)와 상기 인풋샤프트(21)와 접촉한 상기 동력전달볼(27)의 위치는 상대적으로 내경부에 접촉하여, 상기 동력전달볼(27)의 회전축으로부터 접촉점들까지의 상대적인 차이에 의하여 상기 아웃풋샤프트(25)에는 감속된 출력이 인출되는 것이다.

한편 도 3의 증속상태를 보면, 상기 외측서포트(33)가 상기 동력전달볼(27)의 외측 내경부에 접촉하면서 상기 고정가이드(29)에도 상기 동력전달볼(27)의 외측 내경부가 접촉하도록 하며, 이때 상기 내측서포트(31)와 상기 인풋샤프트(21)와 접촉한 상기 동력전달볼(27)의 위치는 상대적으로 외경부에 접촉하여, 상기 동력전달볼(27)의 회전축으로부터 접촉점들까지의 상대적인 차이에 의하여 상기 아웃풋샤프트(25)에는 증속된 출력이 인출되도록 되는 것이다.

참고로, 이상과 같은 밀러형 속도조절기의 구성 및 작동원리는 공지기술이다.

상기 동력발생장치(1)는 내연기관인 엔진으로 이루어지고, 상기 클러치(13)는 상기 엔진의 플라이휠(35)과 접촉 가능하도록 설치되는 클러치디스크(37)와, 상기 플라이휠(35)과 연결되고 상기 클러치디스크(37) 외측을 감싸면서 내부에 상기 입력축(3)이 관통하는 중공축을 형성하는 클러치커버(39)를 포함하여 구성된다.

상기 인풋샤프트(21)는 상기 입력축(3)과 평행하게 배치되고, 상기 인풋기어(19)는 상기 클러치커버(39)에 일체로 구비된 구동기어(41)에 치합되며, 상기 아웃풋기어(23)는 상기 출력축(5)의 출력기어(17)에 치합된 구성이다.

한편, 상기 유단변속부(9)의 변속기구는 상기 입력축(3)과 출력축(5)에 상호 치합되어 변속단을 형성하는 변속단기어가 미리 치합되어 있고, 키이와 싱크로나이저링을 사용하여 동기후 치합되는 동기치합식으로 구성된다.

물론, 상기 유단변속부(9)의 변속기구는 도그클러치(13) 등과 같은 구성도 가능할 것이다.

본 실시예의 상기 유단변속부(9)는 1단 내지 5단의 변속단 및 R단을 구비하는 경우를 예시하고 있는 바, 상기 R단의 구성은 도 8에서만 표시하고 있다.

도 4는 엔진 시동시를 도시한 것으로서, 상기 클러치(13)는 차단된 상태이고, 상기 동력가변전달기구(11)는 중립으로 차단된 상태에서, 상기 엔진을 시동모터(43)로 크랭킹하여 시동이 이루어진다. 따라서, 상기 입력축(3)이나 출력축(5)으로는 동력이 전달되지 않는 상태에서 상기 엔진의 회전력은 상기 구동기어(41)와 상기 인풋기어(19)까지만 전달되고 있다.

물론, 상기 시동시에 상기 유단변속부(9)가 아무런 변속단을 연결시키지 않고 있다면, 상기 클러치(13)는 연결된 상태에서도 시동이 가능할 것이다.

상기한 바와 같은 상태에서 상기 클러치(13)가 차단되어 있으면, 1-2단동기치합장치(45)로 1단 변속단을 형성할 수 있으며, 1단변속단이 형성된 상태에서 상기 클러치(13)를 연결시키면, 차량의 발진과 함께 도 5에 도시된 바와 같이 1단 주행상태를 구현할 수 있다.

도 5에서, 상기 엔진으로부터의 동력은 상기 클러치(13)를 통해 상기 입력축(3)으로 전달된 후, 1단변속단기어쌍을 통해 출력축(5)으로 1단변속이 이루어지면서 전달되어 차동장치(15)를 통해 구동륜(7)으로 제공된다.

이때, 상기 동력가변전달기구(11)는 차단된 상태를 유지하여, 상기 구동기어(41)와 인풋기어(19)를 통한 동력은 상기 아웃풋기어(23) 및 출력기어(17)로 전달되지 않는다.

도 6은, 1단변속단으로부터 2단변속단으로 변속이 이루어지는 중간 과정을 도시한 것으로서, 상기 클러치(13)를 차단하면서 상기 동력가변전달기구(11)를 연결하여, 상기 엔진으로부터의 동력은 상기 입력축(3)으로는 차단되어도 상기 출력기어(17)를 통해 차동장치(15)를 거쳐 구동륜(7)으로 제공되어 변속중 토크 저하 현상을 방지하도록 하고 있다.

이때, 상기 동력가변전달기구(11)가 전달하는 동력은 1단변속단 상태에서의 상기 출력축(5) 회전속도를 맞출 수 있는 상태로부터 2단변속단 상태에서의 상기 출력축(5) 회전속도를 맞출 수 있는 상태로 무단으로 조절되어, 1단으로부터 2단으로 변속되는 과정에서 상기 클러치(13)에 의해 입력축(3)에 전달되던 토크가 차단됨에 의해 발생하는 토크의 저하 현상이 방지되도록 함은 물론, 현재변속단과 목표변속단 사이의 부드러운 연결이 가능하도록 한다.

상기와 같이 클러치(13)가 차단되고 상기 동력가변전달기구(11)가 연결되어 상기 엔진의 동력이 상기 유단변속부(9)를 우회하여 구동륜(7)으로 공급되는 동안, 상기 1-2단동기치합장치(45)는 1단을 해제하고 2단으로의 치합을 완료한다.

상기와 같이 2단변속단의 치합이 이루어진 후에, 상기 클러치(13)를 결합하면서 상기 동력가변전달기구(11)를 차단하면, 도 7과 같은 2단 주행 상태가 구현된다.

도 7에서, 상기 엔진으로부터의 동력은 상기 클러치(13)를 통해 상기 입력축(3)과 출력축(5) 사이에서 2단의 변속단으로 조절되어 상기 차동장치(15)를 통해 구동륜(7)으로 공급되며, 엔진으로부터 상기 인풋기어(19)까지 전달된 동력은 상기 동력가변전달기구(11)에 의해 차단된 상태이다.

이상과 같이 1단에서 2단으로 변속되는 동안 상기 구동기어(41)와 인풋기어(19) 및 동력가변전달기구(11)에 의한 구동륜(7)으로의 지속적인 동력 제공은, 이외의 나머지 변속단들 사이의 변속에서도 마찬가지 원리로 이루어지게 되며, 특히 1단과 2단 사이와 같은 저단 사이의 변속은 물론, 4단과 5단 사이와 같은 고단간의 변속에서도, 심지어는 오버드라이브 변속단에서도, 상기 동력가변전달기구(11)에서는 현재의 변속단과 목표변속단의 출력축(5) 회전속도를 무단으로 맞추면서 동력을 보상해줄 수 있어서, 당해 변속기의 전 변속범위 내에서 변속중의 토크저하가 방지되고 부드럽고 안정된 변속감을 형성할 수 있게 된다.

한편, 도 8은 후진시의 동력전달 상황을 설명한 것으로서, 차량이 정지된 상태에서 상기 입력축(3)과 출력축(5) 사이의 후진아이들러기어(47)를 연결함으로써, 후진 변속단이 구현되도록 하고 있다.

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; 동력발생장치
3; 입력축
5; 출력축
7; 구동륜
9; 유단변속부
11; 동력가변전달기구
13; 클러치
15; 차동장치
17; 출력기어
19; 인풋기어
21; 인풋샤프트
23; 아웃풋기어
25; 아웃풋샤프트
27; 동력전달볼
29; 고정가이드
31; 내측서포트
33; 외측서포트
35; 플라이휠
37; 클러치디스크
39; 클러치커버
41; 구동기어
43; 시동모터
45; 1-2단동기치합장치
47; 후진아이들러기어

Claims (7)

1. 엔진으로부터 입력축(3)을 통해 동력을 전달받고, 상기 입력축(3)과 출력축(5) 사이에 서로 다른 다수의 변속비를 구현하여 구동륜(7)으로 제공하는 다수의 변속기구를 구비한 유단변속부(9)와;
   상기 엔진과 상기 구동륜(7) 사이에 상기 유단변속부(9)와 병렬로 무단의 변속비로 동력을 전달하도록, 내측서포트(31)와 외측서포트(33)사이의 동력전달볼(27)이 접촉하는 위치가 가변되는 밀러형 속도변환기구로 구성된 동력가변전달기구(11);를 포함하여 구성되고,
   상기 유단변속부(9)는 상기 엔진으로부터 클러치(13)를 통해 상기 입력축(3)으로 동력을 전달받을 수 있도록 구성되며;
   상기 유단변속부(9)의 출력축(5)에는 차동장치(15)로 동력을 인출하는 출력기어(17)가 구비되고;
   상기 동력가변전달기구(11)는 상기 엔진으로부터 상기 클러치(13)를 경유하지 않고 직접 동력을 전달받아 상기 출력기어(17)를 통해 상기 차동장치(15)로 동력을 인출하도록 설치되며;
   상기 클러치(13)는 상기 엔진의 플라이휠(35)과 접촉 가능하도록 설치되는 클러치디스크(37)와, 상기 플라이휠(35)과 연결되고 상기 클러치디스크(37) 외측을 감싸면서 내부에 상기 입력축(3)이 관통하는 중공축을 형성하는 클러치커버(39)를 포함하여 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동변속기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   인풋샤프트(21)는 상기 입력축(3)과 평행하게 배치되고;
   인풋기어(19)는 상기 클러치커버(39)에 일체로 구비된 구동기어(41)에 치합되며;
   아웃풋기어(23)는 상기 출력축(5)의 출력기어(17)에 치합된 것
   을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동변속기.
6. 청구항 1 또는 5에 있어서,
   상기 유단변속부(9)의 변속기구는 상기 입력축(3)과 출력축(5)에 상호 치합되어 변속단을 형성하는 변속단기어가 미리 치합되어 있고, 키이와 싱크로나이저링을 사용하여 동기후 치합되는 동기치합식으로 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동변속기.
7. 청구항 1 또는 5에 있어서,
   상기 유단변속부(9)의 변속기구는 도그클러치(13)에 의해 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동변속기.

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