KR102614154B1 - 차량의 파워트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3개의 회전요소를 구비하고 그 중 제1회전요소로 동력을 입력 받도록 설치된 유성기어장치와; 상기 유성기어장치의 제2회전요소에 연결된 출력축과; 상기 출력축에 연결된 디퍼렌셜과; 상기 디퍼렌셜로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트와; 상기 출력축에 제1클러치를 통해 회전 가능하게 설치된 허브링과; 상기 허브링을 상기 유성기어장치의 제3회전요소에 연결하는 상태와 상기 두 드라이브샤프트 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트로 연결하는 상태를 선택할 수 있도록 구비된 제2클러치와; 상기 유성기어장치의 제3회전요소를 변속기케이스에 고정시키는 상태와 상기 제3회전요소를 상기 유성기어장치의 제2회전요소에 직결시키는 상태를 전환할 수 있도록 설치된 제3클러치를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 파워트레인{POWERTRAIN FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LSD(Limited Slip Differential) 기능을 구비한 차량의 파워트레인 구성에 관한 기술이다.

차량의 파워트레인에 있어서, 디퍼렌셜은 필수적이지만, 저마찰로나 험로 등에서는 오히려 차동작용에 의해 차량의 주행이 불가능해질 수 있으며, 이를 해결하기 위해 파워트레인에 LSD 기능을 구비할 필요가 있다.

상기한 바와 같은 파워트레인은 가급적 간단한 구성을 가지면서도, LSD 기능을 구현할 수 있고 동력 전달 손실이 작아서, 높은 동력전달효율을 확보하는 것이 바람직하다.

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 10-2012-0118925 A

본 발명은 상기한 바와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로서, 비교적 간단한 구성으로 이루어지면서도 LSD 기능을 구현할 수 있고, 차량의 주행 중 동력 전달 손실을 최소화하여 높은 동력 전달 효율을 확보할 수 있도록 함으로써, 차량의 구동성능과 연비 및 주행거리를 향상시킬 수 있도록 한 차량의 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 파워트레인은,

3개의 회전요소를 구비하고 그 중 제1회전요소로 동력을 입력 받도록 설치된 유성기어장치와;

상기 유성기어장치의 제2회전요소에 연결된 출력축과;

상기 출력축에 연결된 디퍼렌셜과;

상기 디퍼렌셜로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트와;

상기 출력축에 제1클러치를 통해 회전 가능하게 설치된 허브링과;

상기 허브링을 상기 유성기어장치의 제3회전요소에 연결하는 상태와 상기 두 드라이브샤프트 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트로 연결하는 상태를 선택할 수 있도록 구비된 제2클러치와;

상기 유성기어장치의 제3회전요소를 변속기케이스에 고정시키는 상태와 상기 제3회전요소를 상기 유성기어장치의 제2회전요소에 직결시키는 상태를 전환할 수 있도록 설치된 제3클러치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제2클러치는 중립상태에서는 제2슬리브가 상기 허브링에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 허브링을 상기 유성기어장치의 제3회전요소에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 허브링을 상기 선정 드라이브샤프트로 연결하는 상태를 형성하도록 구성될 수 있다.

상기 제1클러치는 마찰클러치로 구성되고;

상기 제2클러치 및 제3클러치는 기어치합식 클러치로 구성될 수 있다.

상기 제3클러치는 중립상태에서는 제3슬리브가 상기 유성기어장치의 제3회전요소에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제3회전요소를 변속기케이스에 연결하여 고정시키는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 제3회전요소를 상기 유성기어장치의 제2회전요소에 연결하는 상태를 형성하도록 구성될 수 있다.

상기 제2클러치의 제2슬리브는 직선변위를 형성하는 액츄에이터에 의해 구동되는 쉬프트포크에 의해 상기 출력축의 축방향을 따라 직선 슬라이딩 가능하도록 설치될 수 있다.

상기 제3클러치의 제3슬리브는 직선변위를 형성하는 액츄에이터에 의해 구동되는 쉬프트포크에 의해 상기 출력축의 축방향을 따라 직선 슬라이딩 가능하도록 설치될 수 있다.

상기 유성기어장치의 제1회전요소는 선기어이고, 제2회전요소는 캐리어이며, 제3회전요소는 링기어로 구성될 수 있다.

본 발명은 비교적 간단한 구성으로 이루어지면서도 LSD 기능을 구현할 수 있고, 차량의 주행 중 동력 전달 손실을 최소화하여 높은 동력 전달 효율을 확보할 수 있도록 함으로써, 차량의 구동성능과 연비 및 주행거리를 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 파워트레인의 구조를 설명한 도면,
도 2는 도 1의 파워트레인이 1단 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 파워트레인이 1단-LSD 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 4는 도 1의 파워트레인이 2단 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 5는 도 1의 파워트레인이 2단-LSD 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 6은 도 1의 파워트레인이 1단에서 2단으로 변속하는 과정을 설명한 도면,
도 7은 도 1의 파워트레인이 2단에서 1단으로 변속하는 과정을 설명한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 파워트레인의 실시예는, 3개의 회전요소를 구비하고 그 중 제1회전요소로 동력을 입력 받도록 설치된 유성기어장치(PG)와; 상기 유성기어장치(PG)의 제2회전요소에 연결된 출력축(OUT)과; 상기 출력축(OUT)에 연결된 디퍼렌셜(DF)과; 상기 디퍼렌셜(DF)로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트(DS)와; 상기 출력축(OUT)에 제1클러치(CL1)를 통해 회전 가능하게 설치된 허브링(HR)과; 상기 허브링(HR)을 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소에 연결하는 상태와 상기 두 드라이브샤프트(DS) 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트(DS)로 연결하는 상태를 선택할 수 있도록 구비된 제2클러치(CL2)와; 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소를 변속기케이스(CS)에 고정시키는 상태와 상기 제3회전요소를 상기 유성기어장치(PG)의 제2회전요소에 직결시키는 상태를 전환할 수 있도록 설치된 제3클러치(CL3)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 실시예는 상기 유성기어장치(PG)를 통해 변속된 동력을 상기 출력축(OUT)을 통해 디퍼렌셜(DF)로 제공하여 상기 두 드라이브샤프트(DS)로 인출할 수 있도록 구성된 파워트레인에, 상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2)를 추가하여 LSD 기능의 수행이 가능하도록 하고, 상기 제3클러치(CL3)로 상기 유성기어장치(PG)가 변속을 수행할 수 있도록 한 것이다.

참고로, 도 1에서 상기 유성기어장치(PG)의 제1회전요소에는 스테이터(ST)와 로터(RT)로 표현된 모터(M)가 연결되어 동력을 제공할 수 있도록 구성되어 있다.

본 실시예에서 상기 선정 드라이브샤프트(DS)는 도면상 좌측 구동륜으로 연결되는 좌측의 드라이브샤프트(DS)인데, 우측 구동륜으로 연결되는 드라이브샤프트(DS)도 상기 선정 드라이브샤프트(DS)로 기능하도록 구성할 수 있음은 물론이다.

본 실시예에서, 상기 유성기어장치(PG)의 제1회전요소는 선기어(S)이고, 제2회전요소는 캐리어(C)이며, 제3회전요소는 링기어(R)로 구성된다.

또한, 상기 제1클러치(CL1)는 마찰클러치로 구성되고, 상기 제2클러치(CL2) 및 제3클러치(CL3)는 기어치합식 클러치로 구성된다.

상기 마찰클러치는 클러치의 결합력을 조절함에 의해 클러치의 마찰력이 변화하고, 이에 의해 클러치를 통해 전달되는 토크가 연속적으로 가변될 수 있는 건식 또는 습식 클러치 등이 될 수 있으며, 상기 기어치합식 클러치는 도그클러치나 동기장치 등과 같이 기어가 치합된 상태에 의해 동력을 전달하고, 일단 기어가 치합된 상태에서는 별도로 치합 상태를 유지하기 위한 외부 동력을 요구하지 않는 방식의 클러치를 의미한다.

상기 제2클러치(CL2)는 중립상태에서는 제2슬리브(SB2)가 상기 허브링(HR)에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축(OUT)의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 허브링(HR)을 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 허브링(HR)을 상기 선정 드라이브샤프트(DS)로 연결하는 상태를 형성하도록 구성된다.

물론 상기 제2슬리브(SB2)는 별도의 액츄에이터에 의해 구동되는 쉬프트포크에 의해 상기 출력축(OUT)의 축방향을 따라 직선 슬라이딩함에 의해 상기한 바와 같은 상태들의 전환이 가능하도록 구성된다.

상기 제3클러치(CL3)는 중립상태에서는 제3슬리브(SB3)가 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축(OUT)의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제3회전요소를 변속기케이스(CS)에 연결하여 고정시키는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 제3회전요소를 상기 유성기어장치(PG)의 제2회전요소에 연결하는 상태를 형성하도록 구성된다.

물론, 상기 제3슬리브(SB3)도 상기 제2슬리브(SB2)를 구동하기 위한 액츄에이터와는 별도의 액츄에이터에 의해 구동되는 쉬프트포크에 의해 상기 출력축(OUT)의 축방향을 따라 직선 슬라이딩 가능하도록 설치된다.

참고로, 상기 도 1에 도시된 디퍼렌셜(DF)은 Spur-gear differential를 의미하는 것이지만, 이에 한정될 것은 아니고 베벨기어를 사용하는 일반적인 차동장치의 구성이나 유성기어 방식이 사용될 수도 있을 것이다.

또한, 상기 제1클러치(CL1), 제2클러치(CL2) 및 제3클러치(CL3)는 별도의 컨트롤러에 의해 제어되도록 구성된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명 차량의 파워트레인이 구현하는 변속단들의 작동을 살펴본다.

도 2는 1단 변속단을 구현하는 상태를 도시한 것으로서, 상기 제3슬리브(SB3)가 일측으로 이동하여, 상기 링기어를 변속기케이스(CS)에 고정시킨 상태이다.

상기 모터(M)에서 상기 유성기어장치(PG)의 선기어(S)로 제공된 동력은 상기 제3슬리브(SB3)에 의해 링기어(R)가 고정되어 있으므로 감속되어 1단 변속단을 형성하면서 상기 캐리어(C)를 통해 출력축(OUT)으로 인출됨으로써, 상기 디퍼렌셜(DF) 및 양쪽의 드라이브샤프트(DS)를 차례로 통하여 각각 구동륜으로 제공되게 된다.

도 3은 1단-LSD 작동모드를 설명한 것으로서, 상기 제3슬리브(SB3)는 도 2의 경우와 동일한 상태를 유지하면서, 상기 제2클러치(CL2)로 상기 허브링(HR)을 상기 선정 드라이브샤프트(DS)에 연결하고, 상기 제1클러치(CL1)를 체결하여 LSD 기능을 구현하는 바, 차동제한이 필요한 정도에 따라 상기 제1클러치(CL1)의 마찰력을 조절한다.

도 4는 2단 변속단을 구현하는 상태를 설명한 것으로서, 상기 제2슬리브(SB2)는 중립상태로 상기 허브링(HR)에만 치합된 상태이며, 상기 제3슬리브(SB3)는 도면상 좌측으로 이동하여, 상기 캐리어(C)와 링기어(R)를 서로 연결시켜서, 상기 유성기어장치(PG)의 모든 회전요소가 서로 잠겨서 일체로 회전되는 상태를 형성한다.

그러므로, 상기 모터(M)로부터 상기 선기어(S)로 입력된 동력은 그대로 상기 캐리어(C)를 통해 1:1의 변속비인 2단 변속비를 형성하면서 상기 출력축(OUT)을 통해 상기 디퍼렌셜(DF)로 전달된다.

도 5는 2단-LSD 작동모드를 도시한 것으로서, 상기 제3슬리브(SB3)는 2단 변속단 상태와 마찬가지로 상기 링기어(R)를 상기 캐리어(C)에 치합시킨 상태를 유지하고 있고, 상기 제2슬리브(SB2)는 상기 허브링(HR)을 상기 선정 드라이브샤프트(DS)에 연결한 상태이다.

상기와 같은 상태에서 상기 제1클러치(CL1)를 LSD 기능이 필요한 정도에 따라 체결시켜서, 불필요한 차동기능을 억제할 수 있도록 한다.

도 6은 본 발명의 파워트레인이 1단에서 2단으로 변속하는 과정을 설명한 도면으로서, 도 2의 1단 변속단 상태로부터 도 4의 2단 변속단 상태로 변속하는 과정의 상태들을 차례로 도시하고 있다.

즉, 도 2의 1단 변속단 상태로부터, 도 6의 첫째 도면과 같이 상기 제2슬리브를 우측으로 이동시켜서, 상기 허브링(HR)을 상기 링기어(R)에 연결시킨 상태에서 상기 제1클러치(CL1)를 슬립시킨다.

다음, 도 6의 두번째 도면과 같이, 상기 제3슬리브(SB3)를 중립상태로 이동시키고 상기 제1클러치(CL1) 결합력을 상승시키면서 상기 모터의 회전수를 낮춰서 2단속도로 동기화시킨다.

다음, 도 6의 세번째 도면과 같이, 상기 제3슬리브(SB3)를 좌측으로 이동시켜서 상기 링기어(R)와 캐리어(C)를 일체화시키고, 이후 상기 제2슬리브를 중립상태로 해제하면서 상기 제1클러치(CL1)의 결합력을 해제시키면, 도 4와 같은 2단 변속단 상태가 구현된다.

도 7은 도 4와 같은 2단 변속단 상태로부터 도 2와 같은 1단 변속단 상태로 변속하는 과정을 도시한 것으로서, 도 4의 상태로부터 도 7의 첫번째 도면과 같이 상기 제2슬리브(SB2)로 허브링(HR)을 상기 링기어(R)에 연결한 상태에서 상기 제1클러치(CL1)를 체결한다.

다음, 도 7의 두번째 도면과 같이, 상기 제3슬리브(SB3)를 중립상태로 이동시키고, 상기 제1클러치(CL1)의 결합력으로 2단 주행상태를 유지한다.

다음, 도 7의 세번째 도면과 같이, 상기 제1클러치(CL1)를 슬립시키면서 모터의 회전수를 상승 제어하여 1단 속도에 동기화시킨 이후, 상기 제3슬리브(SB3)를 우측으로 이동시켜서 상기 링기어(R)를 변속기케이스(CS)에 고정시킨 후, 상기 제2클러치(CL2)를 중립상태로 해제하면서 상기 제1클러치(CL1)의 결합력도 해제시켜서 도 2와 같은 1단 상태로의 변속을 완료한다.

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.

PG; 유성기어장치
OUT; 출력축
DF; 디퍼렌셜
DS; 드라이브샤프트
CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
CL3; 제3클러치
M; 모터
SB2; 제2슬리브
HR; 허브링
SB3; 제3슬리브
CS; 변속기케이스

Claims (7)

1. 3개의 회전요소를 구비하고 그 중 제1회전요소로 동력을 입력 받도록 설치된 유성기어장치와;
   상기 유성기어장치의 제2회전요소에 연결된 출력축과;
   상기 출력축에 연결된 디퍼렌셜과;
   상기 디퍼렌셜로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트와;
   상기 출력축에 제1클러치를 통해 회전 가능하게 설치된 허브링과;
   상기 허브링을 상기 유성기어장치의 제3회전요소에 연결하는 상태와 상기 두 드라이브샤프트 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트로 연결하는 상태를 선택할 수 있도록 구비된 제2클러치와;
   상기 유성기어장치의 제3회전요소를 변속기케이스에 고정시키는 상태와 상기 제3회전요소를 상기 유성기어장치의 제2회전요소에 직결시키는 상태를 전환할 수 있도록 설치된 제3클러치;
   를 포함하고,
   상기 허브링은 상기 제1클러치를 통해 상기 출력축에 연결됨과 아울러, 상기 제2클러치를 통해 상기 유성기어장치의 제3회전요소 및 상기 선정 드라이브샤프트에 연결될 수 있도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2클러치는 중립상태에서는 제2슬리브가 상기 허브링에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 허브링을 상기 유성기어장치의 제3회전요소에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 허브링을 상기 선정 드라이브샤프트로 연결하는 상태를 형성하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1클러치는 마찰클러치로 구성되고;
   상기 제2클러치 및 제3클러치는 기어치합식 클러치로 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3클러치는 중립상태에서는 제3슬리브가 상기 유성기어장치의 제3회전요소에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제3회전요소를 변속기케이스에 연결하여 고정시키는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 제3회전요소를 상기 유성기어장치의 제2회전요소에 연결하는 상태를 형성하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 제2클러치의 제2슬리브는 직선변위를 형성하는 액츄에이터에 의해 구동되는 쉬프트포크에 의해 상기 출력축의 축방향을 따라 직선 슬라이딩 가능하도록 설치된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 제3클러치의 제3슬리브는 직선변위를 형성하는 액츄에이터에 의해 구동되는 쉬프트포크에 의해 상기 출력축의 축방향을 따라 직선 슬라이딩 가능하도록 설치된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 유성기어장치의 제1회전요소는 선기어이고, 제2회전요소는 캐리어이며, 제3회전요소는 링기어로 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.

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