KR20040039737A

KR20040039737A - 차량용 자동 변속기의 6속 파워 트레인

Info

Publication number: KR20040039737A
Application number: KR1020020067892A
Authority: KR
Inventors: 박종술
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-11-04
Filing date: 2002-11-04
Publication date: 2004-05-12
Also published as: KR100482580B1

Abstract

적은 수의 마찰요소를 적용하여 전진 6속과 후진 1속의 변속단을 구현하되, 전장 및 중량을 작게 하여 컴팩트화 하고, 가속시 자주 사용되는 저속 변속단에서 작동요소의 회전속도를 낮춤으로써, 내구성을 증대시키고, 마찰요소의 슬립속도를 저하시키고, 동력전달 경로를 단순화함으로써, 내구성 향상 및 동력손실을 줄일 목적으로;

3개의 단순 유성기어셋트를 조합하여 자동 변속기의 파워 트레인을 형성함에 있어서, 상기 제1 유성기어셋트와 제3 유성기어셋트의 6개의 작동요소 중 상호 2개씩의 작동요소를 고정적으로 연결하여 제1,2,3,4의 작동요소를 보유하는 복합 유성기어셋트로 형성하되, 상기 작동요소 중 제1 작동요소는 선택적인 입력요소로만 작동되도록 하고, 제2 작동요소는 상시 출력요소로 작동토록 하며, 제3 작동요소는 선택적으로 입력요소 및 고정요소로 작동되도록 하고, 제4 작동요소는 선택적으로 고정요소로 작동되도록 구성하며; 상기 제2 유성기어셋트는 상시 입력요소로 작동하는 제5 작동요소와, 상기 출력요소로 작동하는 제6 작동요소와, 상시 고정요소로 작동하는 제7 작동요소를 보유하며, 상기 제2 유성기어셋트의 제6 작동요소가 입력축의 회전수에 대하여 감속된 회전수의 회전을 상기 복합 유성기어셋트의 제4 작동요소로 출력할 수 있도록 이루어지는 차량용 자동 변속기의 6속 파워 트레인을 제공한다.

Description

차량용 자동 변속기의 6속 파워 트레인{A SIX-SPEED POWER TRAIN OF AN AUTOMATIC TRANSMISSION FOR A VEHICLE}

본 발명은 차량용 자동 변속기에 적용되어 6속의 변속단을 구현할 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 6속 파워트레인에 관한 것이다.

예컨대, 자동 변속기의 다단 변속기어 메카니즘은, 복수의 유성기어셋트의조합으로 이루어져 있으며, 이러한 복수의 유성기어셋트가 조합된 파워 트레인은 엔진 토크를 변환하여 전달하는 토크 컨버터로부터 회전동력이 입력되면 이를 다단으로 변속하여 출력측으로 전달하는 기능을 수행하게 된다.

이러한 자동 변속기의 파워 트레인은 많은 변속단을 보유할수록 동력성능 및 연료 소비율면에서 유리하기 때문에 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 파워 트레인이 요구되고 있다.

그리고 동일 수의 변속단을 구현하더라도 유성기어셋트의 조합 방법에 따라 내구성 및 동력 전달효율, 그리고 크기 및 중량등이 크게 달라지기 때문에, 보다 견고하고 동력손실을 최소화하면서도 컴팩트화 할 수 있는 파워 트레인의 개발을 위한 노력이 계속되고 있다.

그리고 유성기어셋트를 이용하는 파워 트레인을 개발함에 있어서는 어떤 새로운 유성기어셋트를 개발하는 것이 아니라, 기존에 나와 있는 싱글 피니온 유성기어셋트 및 더블 피니온 유성기어셋트를 어떻게 조합하고, 이에 수반되는 클러치와 브레이크, 그리고 원웨이 클러치를 어느 위치에 몇 개를 배치하여 가능한 동력손실이 없이 원하는 변속단과 이에 따르는 변속비를 구현하여 변속기 성능을 향상시키는 데에 그 목표를 두고 다양한 연구되고 있다.

특히, 수동 변속기의 경우에는 변속단이 지나치게 많으면 운전자가 자주 변속을 해주어야 하는 불편함이 있으나, 자동 변속기의 경우에 있어서는 운전 상태에 따라 트랜스밋션 제어유닛이 자동으로 파워 트레인의 작동을 제어하여 변속을 수행하게 되는 바, 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 파워 트레인을 개발하는 것은매우 중요한 가치가 있다고 할 수 있다.

이러한 추세에 부응하기 위하여 4속 및 5속 파워 트레인에 관한 다양한 연구가 진행되고 있음과 아울러, 최근에는 전진 6속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있는 자동 변속기의 파워 트레인이 제공되고 있으며, 그 일예로서는 미국 특허 제6,071,208호(이하, 종래기술 1이라고 칭함)에 개시된 파워 트레인을 들 수 가 있다.

상기 종래기술 1은 도 5 및 도 6에 파워 트레인의 구성과 마찰요소의 작동표를 도시하고 있다.

먼저, 파워 트레인의 구성을 살펴보면, 1개의 더블 피니언 유성기어셋트(PG1)와 2개의 싱글 피니언 유성기어셋트(PG2)(PG3)를 조합하되, 입력축(2)에는 제1 유성 캐리어(4)와 고정 연결되고, 제2 클러치(C2)를 통해 제3 유성 캐리어(14)와 제2 링기어(16)가 가변 연결되어 입력요소로 작용하고, 제2 유성 캐리어(22)가 항시 출력요소로 작용하게 된다.

그리고 제1 링기어(6)와 제3 링기어(8), 제2 선기어(12)와 제3 선기어(10), 제2 링기어(16)와 제3 유성 캐리어(14)가 각각 고정 연결되고, 상기 제1 유성캐리어는 제1 클러치(C1)을 통해 제1 선기어(18)와 가변적으로 연결된다.

또한, 상호 고정 연결되어 있는 상기 제2, 3선기어(12)(10)는 제1 브레이크(B1), 제2 링기어(16)와 제3 유성 캐리어(14)는 제2 브레이크(B2), 제1, 3 링기어(6)(8)는 제3 브레이크(B3)를 구비하여 선택적으로 고정요소로 작용할 수 있도록 하며, 가변 연결되는 제1 유성 캐리어(4)와 제1 선기어(18)는 제1 선기어(18)측으로 제4 브레이크(B4)가 구비된다.

이에 따라 상기 마찰요소는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1속에서 제1, 4 브레이크(B1)(B4), 제2속에서 제1 클러치(C1)과 제1 브레이크(B1), 제3속에서 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1), 제4속에서 제1,2 클러치(C1)(C2), 제5속에서 제2 클러치(C2)와 제4 브레이크(B4), 제6속에서 제2 클러치(C2)와 제3 브레이크(B3)를 작동시키고, 후진 변속단에서는 제2, 4 브레이크(B2)(B4)를 작동시키면서 변속이 이루어지게 된다.

즉, 종래 기술 1은 1개의 더블 피니언 유성기어셋트와 2개의 싱글 피니언 유성기어셋트를 2개의 클러치와 4개의 브레이크로 조합하여 전진 6속 및 후진 1속의 변속단을 구현하게 된다.

그러나 상기 종래기술 1은 6개의 마찰요소를 사용하고 있는 바, 부피가 커지고, 중량이 커진다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 상기 종래 기술 1의 파워 트레인은 통상적으로 4속에서 1 : 1의 변속비를 이루는 6속 자동 변속기에서 추월 가속시에 자주 사용되는 전진 3속에서 제1 선기어(18)가 입력축의 회전속도에 비해 2배 이상의 속도로 회전하고, 비작동 마찰요소인 제4 브레이크(B4) 또한 같은 속도로 슬립이 발생되어 내구성을 저하시키는 원인이 된다.

그리고 모든 변속단에 걸쳐 마찰요소의 슬립이 과다하게 발생되어 내구성을 저하시킴은 물론 동력 손실을 초래하는 바, 전진 2속 내지 전진 6속에서 전반적으로 마찰요소의 슬립속도를 저하시키는 방향으로의 개선이 요구되고 있다.

특히, 전진 6속에서 마찰요소의 슬립속도의 합이 지나치게 크기 때문에 내구성에 대한 문제점이 크다는 것을 알 수 있다.

또한, 도 4의 B에서와 같이, 동력전달에 관여하여 부하를 담당하는 유성기어셋트의 수를 고려할 때, 전진 5,6속에서 두 개 이상의 유성기어셋트가 동력전달에 관여하기 때문에 동력 전달 효율이 저하되므로, 보다 높은 동력전달효율을 제공하는 자동 변속기용 파워 트레인이 요구되고 있다.

그리고 다른 종래 실시예로서는 도7 및 도8에 개시한 미국특허 제5,226,862호(1993.7.13 ; 이하 종래기술 2라고 칭함)를 들 수가 있다.

상기 종래기술 2는 1개의 더블 피니언 유성기어셋트(PG1)와 2개의 싱글 피니언 유성기어셋트(PG2)(PG3)를 조합하되, 입력축(30)에는 제1 선기어(32)와 고정 연결되고, 제1 클러치(C1)를 통해 제2, 3 선기어(34)(36)가 연결되며, 제2 클러치(C2)를 통해 제2 유성 캐리어(38)와 제3 링기어(40)가 가변 연결되어 입력요소로 작용하고, 제3 유성 캐리어(42)가 항시 출력요소로 작용하게 된다.

즉, 상기 제2, 3 선기어(34)(36)는 상호 고정 연결되어 입력축(30)에 가변 연결되며, 상기 제2 유성 캐리어(38)와 제3 링기어(40)는 상호 고정 연결되어 입력축(30)에 가변 연결된 것이다.

그리고 상기 제3 링기어(40)는 제1 브레이크(B1), 상호 고정적으로 연결되는 제1, 2 링기어(44)(46)는 제2 브레이크(B2), 제1 유성 캐리어(48)는 제3 브레이크(B3)를 구비하여 선택적으로 고정요소로 작용할 수 있도록 구성된다.

이에 따라 상기 마찰요소는 도 8에 도시된 바와 같이, 제1속에서 제1클러치(C1)과 제1 브레이크(B1), 제2속에서 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2), 제3속에서 제1 클러치(C1)와 제3 브레이크(B3), 제4속에서 제1,2 클러치(C1)(C2), 제5속에서 제2 클러치(C2)와 제3 브레이크(B3), 제6속에서 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)를 작동시키고, 후진 변속단에서는 제1, 3 브레이크(B1)(B3)를 작동시키면서 변속이 이루어지게 된다.

즉, 종래 기술 2은 상기 종래기술 1에서와 같이 1개의 더블 피니언 유성기어셋트와 2개의 싱글 피니언 유성기어셋트를 조합하되, 2개의 클러치와 3개의 브레이크로 조합하여 전진 6속 및 후진 1속의 변속단을 구현하게 된다.

이에 따라 상기 종래기술 2는, 상기 종래기술 1에 비하여 1개의 마찰요소가 적게 사용됨으로써, 부피 및 중량을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

그리고 상기 종래 기술 2의 파워 트레인은 전진 4속에서 제1 유성 캐리어(48)의 상대 슬립이 입력에 비하여 3.8 정도 크기 때문에 일반적인 자동 변속기용으로 사용하기가 불가능하다.

또한, 전진 1속에서 비작동 마찰요소인 제3 클러치(C3)와, 전진 6속에서 비작동 마찰요소인 제1 클러치(C1)의 슬립이 크게 발생되어 내구성을 저하시키는 원인이 된다.

그리고 전진 3속을 제외한 모든 변속단에 걸쳐 마찰요소의 슬립이 과다하게 발생되어 내구성을 저하시킴은 물론 동력 손실을 초래하는 바, 전반적으로 마찰요소의 슬립속도를 저하시키는 방향으로의 개선이 요구되고 있다.

또한, 도 4의 C에서와 같이, 동력전달에 관여하여 부하를 담당하는 유성기어셋트의 수를 고려할 때, 전진 5,6속에서 두 개 이상의 유성기어셋트가 동력전달에 관여하기 때문에 동력 전달 효율이 저하되므로, 보다 높은 동력전달효율을 제공하는 자동 변속기용 파워 트레인이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 요구에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 3개의 유성기어셋트와 5개의 마찰요소를 조합하여 전진 6속과 후진 1속의 변속단을 구현하되, 전장 및 중량을 작게하여 컴팩트화 할 수 있는 자동 변속기의 파워 트레인을 제공함에 있다.

또한, 가속시 자주 사용되는 저속 변속단에서 작동요소의 회전속도를 낮춤으로써, 내구성을 증대시키고, 마찰요소의 슬립속도를 저하시키고, 동력전달 경로를 단순화함으로써, 내구성 향상 및 동력손실을 줄일 수 있는 파워 트레인을 제공한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 파워 트레인의 일 실시예를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 의한 파워 트레인의 작동표.

도 3은 본 발명에 의한 파워 트레인의 변속선도.

도 4의 A,B,C는 본 발명과 종래기술 1, 2의 동력 전달 경로를 비교 설명하기 위한 도면.

도 5은 종래 파워 트레인의 제1 실시예를 도시한 도면.

도 6는 도 5에 의한 파워 트레인의 작동 요소표.

도 7은 종래 파워 트레인의 제2 실시예를 도시한 도면.

도 8은 도 7에 의한 파워 트레인의 작동 요소표이다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 싱글 피니언 유성기어셋트인 제1 유성기어셋트와, 더블 피니언 유성기어셋트인 제2 유성기어셋트와, 싱글 피니언 유성기어셋트인 제3 유성기어셋트를 조합하여 이루어지는 자동 변속기의 파워 트레인에 있어서,

상기 제1 유성기어셋트와 제3 유성기어셋트의 6개의 작동요소 중 상호 2개씩의 작동요소를 고정적으로 연결하여 제1,2,3,4의 작동요소를 보유하는 복합 유성기어셋트로 형성하되,

상기 작동요소 중 제1 작동요소는 선택적인 입력요소로만 작동되도록 하고, 제2 작동요소는 상시 출력요소로 작동토록 하며, 제3 작동요소는 선택적으로 입력요소 및 고정요소로 작동되도록 하고, 제4 작동요소는 선택적으로 고정요소로 작동되도록 구성하며,

상기 제2 유성기어셋트는 상시 입력요소로 작동하는 제5 작동요소와, 상기 출력요소로 작동하는 제6 작동요소와, 상시 고정요소로 작동하는 제7 작동요소를 보유하며,

상기 제2 유성기어셋트의 제6 작동요소가 입력축의 회전수에 대하여 감속된 회전수의 회전을 상기 복합 유성기어셋트의 제4 작동요소로 출력할 수 있도록 이루어지는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 파워 트레인의 일 실시예를 도시한 것으로서, 본 발명의 파워 트레인은 토크 컨버터를 통하여 엔진 출력축에 접속되는 입력축(100) 및 차륜 등에 접속되는 출력축(102)을 보유하고 있다.

상기 입력축(100)과 출력축(102) 사이에는 제1, 2, 3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)가 조합되어 배치되는데, 상기 제1 유성기어셋트(PG1)는 제1 선기어(S1)와, 제1 링기어(R1)와, 이들 제1 선기어(S1)와 제1 링기어(R1) 사이에 치합되는 피니언(P1)을 회전 가능하게 지지하여 주는 제1 유성 캐리어(PC1)를 포함하는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어진다.

상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 제2 선기어(S2)와, 제2 링기어(R2)와, 이들 제2 선기어(S2)와 제2 링기어(R2) 사이에 치합되는 피니언(P2)(P2')을 회전 가능하게 지지하여 주는 제2 유성 캐리어(PC2)를 포함하는 더블 피니언 유성기어셋트로 이루어진다.

상기 제3 유성기어셋트(PG3)는 상기 제3 유성기어셋트(PG3)는 제3 선기어(S3)와, 제3 링기어(R3)와, 이들 제3 선기어(S3)와 제3 링기어(R3) 사이에 치합되는 피니언(P3)을 회전 가능하게 지지하여 주는 제3 유성 캐리어(PC3)를 포함하는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어진다.

상기 제1, 2, 3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)의 배열은 입력축(100)으로부터 제2, 1, 3 유성기어셋트(PG2)(PG1)(PG3)의 순서로 배치되며, 상기 작동 요소들 중 제1 유성 캐리어(PC1)와 제3 유성 캐리어(PC3), 제1 링기어(R1)과 제3 선기어(S3)는 각각 고정적으로 연결된다.

그리고 상기 입력축(100)에는 제2 선기어(S2)가 고정적으로 연결되어 항상 입력요소로 작동하며, 제1 선기어(S1)와 제2 유성 캐리어(PC1)가 제 1, 2 클러치(C1)(C2)를 개재시켜 가변 연결되어 입력요소로 작동하게 되고, 상기 제1 링기어(R1)와 제2 링기어(R2)는 제3 클러치(C3)를 통해 가변적으로 연결된다.

또한, 상기 제2 유성 캐리어(PC2)는 하우징(104)에 고정적으로 연결되어 항상 고정요소로 작동하며, 제3 유성 캐리어(PC3)와 제1 링기어(R1)는 각각 제1,2 브레이크(B1)(B2)를 개재시켜 하우징과 연결되며, 제3 링기어(R3)는 항시 출력요소로 작동한다.

상기와 같이 이루어지는 구성되는 파워 트레인은 도 2의 작동 요소표와 같이, 전진 1속에서는 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1), 전진 2속에서는 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2), 전진 3속에서는 제1, 3 클러치(C1)(C3), 전진 4속에서는 제1,2 클러치(C1)(C2), 전진 5속에서는 제2, 3클러치(C2)(C3), 전진 6속에서는 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2), 후진에서는 제3 클러치(C3)와 제1 브레이크(B1)를 작동시킴으로써, 전진 6속 및 후진 1속의 변속단을 구현하게 된다.

그리고 상기 2개의 작동요소가 상호 고정 연결된 상기 제1 유성기어셋트(PG1)와 제3 유성기어셋트(PG3)는 그 고정 연결관계에 의하여 하나의 복합 유성기어셋트(CPG)를 구성하는데, 상기 복합 유성기어셋트(CPG)는 총 6개의 작동요소중 2쌍의 작동요소가 고정적으로 연결되는 바, 4개의 작동요소를 구비하게 되고, 이는 속도선도상의 4개의 노드를 형성하게 된다.

도 3은 본 발명 실시예의 파워 트레인에 대한 속도선도를 도시한 것으로서, 제1 유성기어셋트(PG1)와 제3 유성기어셋트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지고, 제1 링기어(R1)와 제1 유성 캐리어(PC1)가 각각 제3 선기어(S3)와 제1 유성 캐리어(PC1)이 제3 유성 캐리어(PC3)와 고정적으로 연결되는 바, 제1 노드(N1)는 제1 선기어(S1), 제2 노드(N2)는 제3 링기어(R3), 제3노드(N3)는 제1, 3 유성캐리어(PC1)(PC2), 제4 노드(N4)는 제1 링기어(R1)와 제3 선기어(S3)로 설정된다.

그리고 제2 유성기어셋트(30)는 모든 변속단에서 제2 선기어(S2)를 통해 입력이 이루어지고, 제2 유성 캐리어(PC2)는 항시 고정요소로 작동하고 제2링기어(R2)는 입력속도 보다 감속된 상태에서 항상 출력이 이루어지며, 이의 출력은 제3 클러치(C3)가 작동하는 전진 3, 5속과 후진 변속단에서만 상기 복합 유성기어셋트(CPG)와 연결되면서 상기 변속단에서만 변속에 영향을 미치게 된다.

이에 따라 설명의 편의상 도 3에서는 별도로 제2 선기어(S2)가 제5노드(N5), 제2 링기어(R2)가 제6노드(N6), 제2 유성 캐리어(PC2)가 제7 노드(N7)로 설정되는 것으로 도시하고 있다.

상기와 같이 각 노드가 설정된 본 발명의 파워 트레인에 대한 변속과정을 살펴보면, 제2 유성기어셋트(PG2)는 항상 제2 선기어(S2)를 통해 입력이 이루어지고, 제2 유성 캐리어(PD2)가 항상 고정요소로 작동하고 있는 바, 입력요소인 제5노드(N5)와 고정요소인 제7노드(N7)를 연결하는 속도선과 제6노드(N6) 사이의 화살표 크기와 같은 회전속도로 항상 출력이 이루어지게 된다.

상기와 같은 상태에서 전진 1속에서는 제1 클러치(C1)과 제1 브레이크(B1)가 작동하게 되는 바, 복합 유성기어셋트(CPG)에서는 제1 클러치(C1)에 의해 입력축(100)과 연결된 제1 선기어(S1) 즉, 제1 노드(N1)는 입력축(100)과 동일한 속도로 회전하고, 제1 브레이크(B1)에 연결되는 제3 노드(N3)는 정지 상태가 된다.

이에 따라 상기 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3)를 연결하는 1속 속도선(L1)과 출력요소인 제2 노드(N2) 사이의 D1 만큼 출력이 이루어지면 전진 1속의 변속이 이루어지게 된다.

물론 상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 제3 클러치(C3)가 작동하지 않는 바, 제1속 변속에는 전혀 영향을 미치지 않는다.

그리고 전진 2속에서는 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 작동하게 되는데, 이때에는 제1속에 대비하여 고정요소가 제4노드(N4)로 변환된다는 차이가 있다.

이에 따라 제1 노드(N1)를 통해 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제4 노드(N4)가 고정요소롤 작용하게 되는 바, 상기 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3)를 연결하는 2속 속도선(L2)과 출력요소인 제2 노드(N2) 사이의 D2 만큼 출력이 이루어지면서 전진 2속의 변속이 이루어지게 된다.

물론, 전진 2속에서도 상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 제3 클러치(C3)가 작동하지 않는 바, 제2속 변속에는 전혀 영향을 미치지 않는다.

그리고 전진 3속에서는 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)가 작동하게 되는데, 이때에는 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 유성기어셋트(PG2)가 변속에 관여하게 된다.

즉, 상기 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 링기어(R2)로 이루어지는 제6 노드(N6)가 제4노드(N4)와 연결되는데, 이때에는 제6노드(N6)에서는 감속된 상태에서 출력이 이루어지게 되는 바, 회전속도가 "0"인 고정요소가 아니라 일정 속도를 갖는 고정요소로 작용하게 됨으로써, 제2속과 동일하게 입력이 이루어지더라도 L3과 같은 속도선이 형성되면서 이의 속도선과 제2 노드(N2) 사이의 D3 만큼 출력되면서 전진 3속의 변속이 이루어지게 된다.

전진 4속에서는 제1 클러치(C2)와 제2 클러치(C2)가 작동하게 되는데, 이때에는 복합유성기어셋트(CPG)의 2개의 작동요소 즉, 제1노드(N1)를 형성하는 제1 선기어(S1)와, 제3 노드(N3)를 형성하는 제1,3 유성캐리어(PC1)(PC3)로 동시에 입력이 이루어짐으로써, 복합 유성기어셋트(CPG)가 록킹되면서 L4 속도선이 형성되어 D4와 같은 출력되면서 전진 4속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

즉, 전진 4속에서는 복합유성기어셋트(CPG)가 록킹의 상태가 되어 입력 그대로를 출력하는 직결의 상태가 되는 것이다.

전진 5속에서는 제2, 3 클러치(C2)(C3)가 작동하게 되는데, 이때에는 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 상기 전진 3속에서와 같이 제2 유성기어셋트(PG2)가 변속에 관여하게 되고, 이 결과 제2 링기어(R2)가 일정속도를 갖는 고정요소로 작동하게 된다.

따라서 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제3 노드(N3)가 입력요소로 작동하게 되며, 이의 제3 노드(N3) 입력 속도선과 상기 제4노드(N4)에서의 제6노드(N6) 입력 속도선을 연결하는 L5의 속도선이 형성되고, 이의 L5 속도선과 제2노드(N2) 사이의 D4 만큼 출력이 이루어지면서 전진 5속의 변속이 이루어지게 된다.

상기와 같은 전진 5속에서는 그 출력이 입력 보다 크게 형성되는 오버 드라이브 상태가 된다.

그리고 전진 6속에서는 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 작동하게 되는데, 이때에는 상기 전진 5속과 같이 제3노드(N3)를 통해 입력이 이루어지고, 제4노드(N4)가 고정요소로 작동하게 된다.

그러나 전진 4속에서는 제2 유성기어셋트(PG2)가 변속에 관여하지 않으므로 제4노드(N4)는 회전상태가 "0"인 상태에서 고정요소로 작용함으로써, L6와 같은 속도선이 형성되며, 이의 속도선과 출력요소인 제2 노드(N2) 사이의 D6과 같은 출력이 이루어지면서 최고 변속단인 전진 6속의 변속이 이루어지게 된다.

후진 변속단에서는 제3 클러치(C3)와 제1 브레이크(B1)가 작동하게 되는데, 이때에는 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제6노드(N6)의 출력 회전속도가 입력 회전속도로 작용하게 되며, 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 제1,2 유성 캐리어(PC1)(PC2)가 고정요소로 작용하게 된다.

이에 따라 제4노드(N4)에서 제2 유성기어셋트(PG2)의 제2 링기어(R2)의 회전속도분에 해당하는 입력이 이루어지고, 제3 노드(N3)가 고정요소로 작용함으로써, LR의 속도선이 형성되며, 이의 속도선과 출력요소인 제2 노드(N2) 사이의 R과 같은 출력이 이루어지면서 후진 변속이 이루어지게 되는 것이다.

이와같이 변속이 이루어지는 본 발명의 파워 트레인에 있어서는, 추월 가속시 자주 사용되는 제3속에서 입력축보다 빠르게 회전하는 마찰요소가 없으며, 비작동 마찰요소의 슬립속도 또한 입력축 회전속도 보다 작게 이루어진다.

그리고 도4의 A에서와 같이 본 발명의 파워 트레인은 다수의 변속단에서 변속을 위한 동력 전달에 관여하는 유성기어셋트의 수가 적다는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 보다 높은 동력 전달효율을 제공한다는 것을 알 수 있다.

상기에서 본 발명의 파워 트레인에 대한 바람직한 실시예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

이상에서와 같이 본 발명의 파워 트레인은, 3개의 유성기어셋트와 5개의 마찰요소를 조합하여 전진 6속과 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있도록 하여 전장 및 중량을 작게 하여 컴팩트화할 수 있다.

그리고 가속시 자주 사용되는 저속 변속단에서 작동요소의 회전속도를 낮춤으로써, 내구성을 증가시키고, 마찰요소의 슬립속도를 저하와 동력 전달 경로를 단순화함으로써, 내구성을 향상시킴과 동시에 동력손실을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 복합 유성기어셋트를 형성하는 유성기어셋트는 모두 싱글 피니언 유성기어셋트로 형성함으로써, 동력손실을 줄이고, 상기 제2 유성기어셋트의 고정적 작동요소는 유성 캐리어로 형성함으로써, 회전요소의 회전관성을 줄일 수 있다.

Claims

싱글 피니언 유성기어셋트인 제1 유성기어셋트와, 더블 피니언 유성기어셋트인 제2 유성기어셋트와, 싱글 피니언 유성기어셋트인 제3 유성기어셋트를 조합하여 이루어지는 자동 변속기의 파워 트레인에 있어서,

상기 제1 유성기어셋트와 제3 유성기어셋트의 6개의 작동요소중 상호 2개씩의 작동요소를 고정적으로 연결하여 제1,2,3,4의 작동요소를 보유하는 복합 유성기어셋트로 형성하되,

상기 작동요소중 제1 작동요소는 선택적인 입력요소로만 작동되도록 하고, 제2 작동요소는 상시 출력요소로 작동토록 하며, 제3 작동요소는 선택적으로 입력요소 및 고정요소로 작동되도록 하고, 제4 작동요소는 선택적으로 고정요소로 작동되도록 구성하며,

상기 제2 유성기어셋트는 상시 입력요소로 작동하는 제5 작동요소와, 상기 출력요소로 작동하는 제6 작동요소와, 상시 고정요소로 작동하는 제7 작동요소를 보유하며,

상기 제2 유성기어셋트의 제6 작동요소가 입력축의 회전수에 대하여 감속된 회전수의 회전을 상기 복합 유성기어셋트의 제4 작동요소로 출력할 수 있도록 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
제1항에 있어서, 복합 유성기어셋트는 제2 유성기어셋트의 후측으로 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
제1항에 있어서, 복합 유성기어셋트는 입력축과 가변적으로 연결되는 제1 선기어로 이루어지는 제1 작동요소와; 제3 링기어로서 상시 출력요소로 작동하는 제2 작동요소와; 제1 유성 캐리어와 제3 유성 캐리어가 고정적으로 연결되어 선택적으로 입력 및 고정 요소로 작동하는 제3 작동요소와; 제1 링기어로서 상시 고정요소로 작동하는 제4 작동요소로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
제1항 또는 제3항에 있어서, 제1 작동요소는 클러치를 통해 입력축과 연결되고, 제3 작동요소는 클러치와 브레이크를 통해 입력축과 변속기 하우징에 동시에 연결되고, 제4 작동요소는 브레이크를 통해 변속기 하우징과 연결됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
제4항에 있어서, 제1 작동요소와 제3 작동요소를 각각 입력축과 연결하는 클러치는 제2 유성기어셋트의 전측에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
제1항에 있어서, 제2 유성기어셋트는 입력축과 고정적으로 연결되는 제3 선기어로 이루어지는 제5 작동요소와; 제3 링기어로서 상시 출력요소로 작동하는 제6작동요소와; 제3 유성캐리어로서 변속기 하우징과 고정적으로 연결되는 제7 작동요소를 보유함을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
제1에 있어서, 복합 유성기어셋트의 제4 작동요소와 제2 유성기어셋트의 제2 작동요소는 클러치를 개재시켜 연결됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 6속 파워 트레인.
제1 선기어, 제1 유성 캐리어, 제1 링기어를 보유하는 싱글 피니언 유성기어셋트인 제1 유성기어셋트와; 제2 선기어, 제2 유성 캐리어, 제3 링기어를 보유하는 더블 피니언 유성기어셋트인 제2 유성기어셋트와; 제3 선기어, 제3 유성 캐리어, 제3 링기어를 보유하는 싱글 피니언 유성기어셋트인 제3 유성기어셋트를 포함하여 입력축으로부터 제2, 1, 3 유성기어셋트의 순서로 배치되고,

상기 제1 유성 캐리어와 제3 유성 캐리어, 제1 링기어와 제3 선기어가 각각 상호 고정 연결되고,

상기 제1 선기어와 상기 제1 유성 캐리어가 각각 제1, 2 클러치를 개재시켜 입력축에 가변 연결되고,

상기 제1 링기어와 제 3 유성 캐리어가 각각 제1, 2브레이크를 개재시켜 하우징에 가변 연결되며,

상기 제2 선기어와 유성 캐리어가 각각 입력축과 변속기 하우징에 고정적으로 연결되고,

상기 제1 링기어와 제2 링기어가 제3 클러치를 개재시켜 가변적으로 연결됨을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인.