KR20060089298A - 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인에 관한 것으로서, 두 서브 유성기어세트의 상호 대응되는 피니언끼리 서로 일체 연결된 스텝드 피니언 타입(stepped pinion type) 유성기어세트가 채용됨으로써, 전진 6속, 후진 2속의 구현이 모두 가능하면서도 유성기어세트의 수가 종래의 구조에 비해 축소되고, 이에 의해 보다 간단한 구조를 가지면서 작은 크기의 자동변속기를 구현할 수 있도록 하며, 유성기어세트의 수가 축소되는 만큼 경량화 및 원가 절감의 장점을 가지는 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인에 관한 것이다.
자동변속기, 파워 트레인, 전진 6속, 유성기어세트, 스텝드 피니언 타입(stepped pinion type), 클러치, 브레이크

Description

차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인{A SIX-SPEED POWERTRAIN OF AN AUTOMATIC TRANSMISSIONFOR A VEHICLE}
도 1은 종래 레펠레티어 타입의 기어 구성을 나타낸 도면,
도 2는 도 1에 도시한 레펠레티어 타입 기어 구성의 작동표를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 파워 트레인의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 파워 트레인의 작동표를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 파워 트레인에서 속도비를 나타낸 도면,
도 6은 도 3의 실시예에서 클러치의 배치형태를 달리한 다른 실시예를 도시한 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
B1 : 제1브레이크 B2 : 제2브레이크
B3 : 제3브레이크 C1 : 제1클러치
C2 : 제2클러치 C3 : 제3클러치
P1, P2 : 피니언 PC1, PC2 : 캐리어
PG1 : 제1유성기어세트 PG2:제2유성기어세트
PG3 : 스텝드 피니언 타입 유성기어세트
R1, R2 : 링기어 S1, S2 : 선기어
본 발명은 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 두 서브 유성기어세트의 상호 대응되는 피니언끼리 서로 일체 연결된 스텝드 피니언 타입 유성기어세트가 채용됨으로써, 전진 6속, 후진 2속의 구현이 모두 가능하면서도 유성기어세트의 수가 종래의 구조에 비해 축소되고, 이에 의해 보다 간단한 구조를 가지면서 작은 크기의 자동변속기를 구현할 수 있도록 하며, 유성기어세트의 수가 축소되는 만큼 경량화 및 원가 절감의 장점을 가지는 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인에 관한 것이다.
통상적으로 자동변속기의 다단 변속기어 메카니즘은 복수개의 유성기어세트의 조합으로 이루어져 있으며, 이러한 복수개의 유성기어세트가 조합된 파워 트레인은 엔진 토크를 변환하여 전달하는 토크 컨버터로부터 회전동력이 입력되면 이를 다단으로 변속하여 출력측으로 전달하는 기능을 수행하게 된다.
이러한 자동변속기의 파워 트레인은 많은 변속단을 보유할수록 동력성능 및 연료소비율면에서 유리하기 때문에, 차량용 자동변속기에서는 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 파워 트레인이 요구되고 있다.
그리고, 동일 수의 변속단을 구현하더라도 유성기어세트의 조합 방법에 따라 내구성 및 동력전달효율, 그리고 크기 및 중량 등이 크게 달라지기 때문에, 보다 견고하고 동력손실을 최소화하면서도 컴팩트화할 수 있는 파워 트레인의 개발을 위한 노력이 계속되고 있다.
그리고, 유성기어세트를 이용하는 파워 트레인을 개발함에 있어서는, 어떤 새로운 유성기어세트를 개발하는 것이 아니라, 기존에 나와 있는 싱글 피니온 유성기어세트 및 더블 피니온 유성기어세트를 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 연구가 이루어지고 있다.
특히, 수동변속기의 경우에는 변속단이 지나치게 많으면 운전자가 자주 변속을 해주어야 하는 불편함이 있으나, 자동변속기의 경우에 있어서는 운전상태에 따라 트랜스미션 전자제어유니트(TCU)가 자동으로 파워 트레인의 작동을 제어하여 변속을 수행하게 되는 바, 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 파워 트레인을 개발하는 것은 매우 중요한 가치가 있다고 할 수 있다.
이러한 추세에 부응하기 위하여 4속 및 5속 파워 트레인에 관한 다양한 연구가 진행되고 있음과 아울러 최근에는 6속의 변속단을 구현할 수 있는 파워 트레인이 제공되고 있다.
그 일예로는 유럽특허 제0 434 525 B1호, 즉 독일특허 제690 10 472 T2호의 명세서에 기재된 레펠레티어(Lepelletire) 타입의 기어 구성을 들 수 있다.
도 1은 상기 특허의 레펠레티어 타입 기어 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시한 레펠레티어 타입 기어 구성의 작동표를 나타낸 도면이다.
이를 설명하면, 도시한 바와 같이, 레펠레티어 타입의 기본 형태는 3개의 유성기어세트와 5개의 마찰요소(클러치, 브레이크)로 구성되어 6속의 변속단을 구현하도록 되어 있다.
작동요소간 연결관계를 설명하면, 입력축(E)에 제1유성기어세트의 링기어(3a)가 고정 연결되고, 또한 제2유성기어세트의 캐리어(25) 및 제3유성기어세트의 캐리어(22)가 제3클러치(C3)가 개재된 상태로 입력축(E)에 가변 연결된다.
또한, 제1유성기어세트의 캐리어(3b)는 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)를 개재하여 각각 제2유성기어세트의 선기어(21a) 및 제3유성기어세트의 선기어(21)에 가변 연결되며, 제1유성기어세트의 선기어(3d)는 변속기의 하우징에 항시 고정된다.
또한, 제2유성기어세트 및 제3유성기어세트의 캐리어(25,22)를 정지시켜주기 위한 제1브레이크(B1)가 설치되는 바, 상기 제2 및 제3유성기어세트의 캐리어(25,22)는 제1브레이크(B1)가 개재된 상태로 변속기의 하우징에 연결된다.
또한, 제3유성기어세트의 선기어(21)를 정지시켜주기 위한 제2브레이크(B2)가 설치되는 바, 상기 제3유성기어세트의 선기어(21)가 제2브레이크(B2)가 개재된 상태로 변속기의 하우징에 연결된다.
또한, 제3유성기어세트의 링기어(24)를 통해 최종 출력이 이루어지도록 되어 있다.
이러한 작동요소간 연결관계에서, 제1속에서는 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)를, 제2속에서는 제1클러치(C1)와 제2브레이크(B2)를, 제3속에서는 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)를, 그리고 입력축과 출력축이 동속, 즉 1:1의 변속비를 이루게 되는 제4속에서는 제1클러치(C1)와 제3클러치(C3)를, 제5속에서는 제2클러치(C 2)와 제3클러치(C3)를, 제6속에서는 제3클러치(C3)와 제2브레이크(B2)를 각각 작동시키며, 후진 변속단에서는 제2클러치(C2)와 제1브레이크(B1)를 작동시키게 된다.
한편, 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인 구조에서, 전술한 바의 레펠레티어 특허는 구성이 간단하면서도 성능이 우수한 변속기를 설계할 수 있기 때문에, 세계 유수의 각 제조사에서 대부분 레펠레티어 기어 개념을 이용 중에 있으며, 전세계 FF, FR 6속의 레이아웃은 레펠레티어가 선점하고 있는 상황이다.
그러나, 레펠레티어 타입의 구조가 널리 검증되고 작은 크기의 변속장치 구현이 가능하다는 장점을 가지지만, 필요한 구성요소 및 공간을 더욱 감소시킬 필요가 여전히 존재하고 있으며, 이에 구성요소의 수를 줄여 보다 간단한 구조를 가지면서 보다 작은 크기의 변속장치를 구현할 수 있는 새로운 구조가 필요한 것도 사실이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명한 것으로서, 두 서브 유성기어세트의 상호 대응되는 피니언끼리 서로 일체 연결된 스텝드 피니언 타입 유성기어세트가 채용됨으로써, 전진 6속, 후진 2속의 구현이 모두 가능하면서도 유성기어세트의 수가 종래의 구조에 비해 축소되고, 이에 의해 보다 간단한 구조를 가지면서 작은 크기의 자동변속기를 구현할 수 있도록 하며, 유성기어세트의 수가 축소되는 만큼 경량화 및 원가 절감의 장점을 가지는 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인에 있어서,
두 개의 유성기어가 피니언 기어로만 연결되도록 구성된 스텝드 피니언 타입의 유성기어세트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 본 발명에 따른 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인은, 입력축의 회전동력을 전달받는 제1유성기어세트 및 변속 후 출력이 이루어지는 제2유성기어세트로 구성되되, 상기 두 유성기어세트간에 상호 대응되는 두 피니언들끼리 서로 일체 연결된 구조의 스텝드 피니언 타입 유성기어세트와;
입력축의 회전동력이 상기 제1유성기어세트의 선택된 요소에 전달될 수 있도록 상기 제1유성기어세트의 요소를 입력축에 가변 연결하는 클러치 수단과;
상기 제1 및 제2유성기어세트의 선택된 요소를 정지시킬 수 있도록 두 유성 기어세트의 해당 요소와 변속기 하우징 사이에 설치되는 브레이크 수단;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 클러치 수단이 상기 제1유성기어세트의 각 요소가 입력축에 가변 연결될 수 있도록 상기 제1유성기어세트의 링기어, 선기어 및 캐리어와 입력축 사이에 각각 설치되는 제1, 2, 3클러치를 포함하고, 상기 브레이크 수단이 해당 각 요소를 정지시킬 수 있도록 상기 제2유성기어세트의 캐리어 및 선기어, 상기 제1유성기어세트의 선기어와 변속기 하우징 사이에 각각 설치되는 제1, 2, 3브레이크를 포함하며, 상기 제2유성기어세트의 링기어가 항시 출력요소로 작용하도록 출력축에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 전진 6속 구현이 가능한 차량용 자동변속기의 파워 트레인에 관한 것으로서, 2개의 유성기어세트로 이루어진 스텝드 피니언 타입(stepped pinion type)의 유성기어세트를 채용한 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 파워 트레인 구조는 전진 6속, 후진 2속의 구현이 가능하면서도 유성기어세트의 수를 종래 레펠레티어 특허 구조에 비해 줄일 수 있는 장점을 가진다.
이하, 본 발명에 따른 6속 파워 트레인의 구성을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 파워 트레인의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 파워 트레인의 작동표를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 파워 트레인에서 속도비를 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 두 개의 유성기어세트가 피니언 기어로만 연결되도록 구성된 스텝드 피니언 타입의 유성기어세트를 적용한 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인이 개시되고 있다.
본 발명의 파워 트레인은 두 개의 서브 유성기어세트(PG1,PG2)로 이루어진 스텝드 피니언 타입 유성기어세트(PG3) 1개와, 마찰요소로서 클러치(C1,C3,C3) 3개 및 브레이크(B1,B2,B3) 3개를 포함하여 이루어진다.
이러한 본 발명의 파워 트레인은 종래의 레펠레티어 타입과 비교할 때 브레이크의 수가 1개가 늘었으나 유성기어세트의 수를 2개로 줄여 부품수 축소 및 구조 간단화의 장점을 얻고자 하였으며, 다른 부품에 비해 상대적으로 큰 공간을 차지하는 유성기어세트의 수를 줄임으로써 변속장치의 전체 크기를 축소할 수 있는 장점을 제공하게 된다.
보다 상세히 설명하면, 본 발명에서는 각각 선기어, 캐리어, 링기어를 가지는 두 개의 서브 유성기어세트(PG1,PG2)로 구성되되 서브 유성기어세트(PG1,PG2)간에 상호 대응되는 두 피니언(P1,P2)들끼리 서로 일체 연결된 구조로 되어 있는 스텝드 피니언 타입 유성기어세트(PG3) 1개와, 이 스텝드 피니언 타입 유성기어세트(PG3)를 구성하는 각각의 구성요소에 대하여 회전동력 전달 및 구속을 수행하는 3개씩의 클러치(C1,C2,C3)와 브레이크(B1,B2,B3)가 채용된다.
이하, 본 명세서에서는 스텝드 피니언 타입 유성기어세트(PG3)를 구성하는 입력측과 출력측의 두 서브 유성기어세트(PG1,PG2)를 보다 명확한 구분 및 설명을 위하여 각각 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)로 칭하기로 한다.
또한, 스텝드 피니언 타입 유성기어세트(PG3)에서는 양측의 상호 대응되는 두 피니언(P1,P2)들끼리 일체로 되어 있기 때문에 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)의 캐리어가 하나의 도면부호로 지시가 가능하지만, 본 명세서에서는 보다 명확한 설명을 위하여 각각 PC1, PC2로 지시함을 밝혀둔다.
본 발명의 작동요소간 연결관계를 설명하면, 입력축의 회전동력이 상기 제1유성기어세트(PG1)의 선택된 요소에 전달될 수 있도록 상기 제1유성기어세트(PG1)의 요소를 상기 입력축에 가변 연결하는 클러치 수단이 설치된다.
즉, 스텝드 피니언 타입 유성기어세트(PG3)에서 입력측에 위치한 제1유성기어세트(PG1)는 링기어(R1)가 제1클러치(C1)를 개재하여 입력축에 가변 연결되고, 선기어(S1)가 제2클러치(C2)를 개재하여 입력축에 가변 연결되며, 캐리어(PC1)가 제3클러치(C3)를 개재하여 입력축에 가변 연결된 구조로 되어 있다.
물론, 상기 입력축은 공지된 바대로 토크 컨버터의 터빈으로부터 엔진의 회전동력을 전달받게 되어 있다.
또한, 상기 제1 및 제2유성기어세트(PG1,PG2)의 선택된 요소를 정지시킬 수 있도록 두 유성기어세트의 해당 요소와 변속기 하우징 사이에 브레이크 수단이 설치된다.
즉, 스텝드 피니언 타입 유성기어세트(PG3)에서 출력측에 위치한 제2유성기 어세트(PG2)의 캐리어(PC2)를 정지시켜주기 위한 제1브레이크(B1)가 설치되는 바, 이 제1브레이크(B1)는 제2유성기어세트(PG2)의 캐리어(PC2)와 변속기의 하우징 사이에 개재된다.
또한, 제2유성기어세트(PG2)의 선기어(S2)를 정지시켜주기 위한 제2브레이크(B2)를 포함하는 바, 이 제2브레이크(B2)는 제2유성기어세트(PG2)의 선기어(S2)와 변속기의 하우징 사이에 개재된다.
또한, 상기 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)를 정지시켜주기 위한 제3브레이크(B3)가 설치되며, 이 제3브레이크(B3)는 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)와 변속기의 하우징 사이에 개재된다.
그리고, 상기 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)는 항시 출력요소로 작용하도록 출력축에 연결된다.
도 3에서는 트랜스퍼 드라이브 기어가 트랜스퍼 드리븐 기어와 치차물림되어 최종 감속기어를 통하여 차동장치로 동력을 전달하는 구조를 생략하고 있는데, 그러한 구조는 공지된 것이 사용될 수 있고, 또 그것은 어떤 구조의 것이 사용되어도 본 발명이 의도하는 목적을 실현할 수 있으므로 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 본 발명에 채용된 스텝드 피니언 타입 유성기어세트(PG3)는 제1 및 제2유성기어세트(PG1,PG2)의 상호 대응되는 두 피니언(P1,P2)들끼리 서로 일체 연결된 구조로 공지되어 있는 바, 제1 및 제2유성기어세트(PG1,PG2)간의 상호 대응되는 두 피니언(P1,P2)이 축 또는 기타 동력전달부재 등의 강체로 서로 연결되어 일체 회전하도록 되어 있으며, 이와 같이 대응되는 양측의 두 피니언(P1,P2)이 일체 로 회전하기 때문에, 작동시 양측 피니언(P1,P2)의 자전속도 및 공전속도가 동일하고, 양측 캐리어(PC1,PC2)의 회전속도 또한 동일하다.
물론 양측의 두 유성기어세트간 선기어, 링기어 및 피니언의 잇수에는 차이가 있으며, 이러한 스텝드 피니언 타입 유성기어세트에 대한 구성 및 해석방법은 SAE PAPER 810102 "The Lever Analogy: a New Tool in Transmission Analysis"에 기재되어 있다.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 파워 트레인은 트랜스미션 전자제어유니트(TCU;미도시됨)에 의해 작동과 비작동이 선택되는 마찰요소들(클러치와 브레이크)의 작동 유무에 따라 유성기어세트의 3요소(선기어, 캐리어, 링기어) 중 어느 하나의 요소를 입력요소로, 그리고 다른 하나의 요소를 반력요소로 선택하여 전진 6속과 후진 2속의 변속비를 출력하게 된다.
본 발명에 따른 파워 트레인의 각 변속 출력 과정에서 트랜스미션 전자제어유니트에 의해 작동과 비작동이 선택되는 마찰요소들에 관련된 작동표를 도 4에 나타내었는 바, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 자동변속기의 파워 트레인은, 전진 1속(D 1단)에서는 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)를, 전진 2속(D 2단)에서는 제1클러치(C1)와 제2브레이크(B2)를, 전진 3속(D 3단)에서는 제1클러치(C1)와 제3브레이크(B3)를, 전진 4속(D 4단)에서는 제1클러치(C1)와 제3클러치(C3)를, 전진 5속(D 5단)에서는 제3클러치(C3)와 제3브레이크(B3)를, 전진 6속(D 6단)에서는 제3클러치(C3)와 제2브레이크(B2)를, 그리고 후진 1속(R1)에서는 제2클러치(C2) 와 제1브레이크(B1)를, 후진 2속(R2)에서는 제2클러치(C2)와 제2브레이크(B2)를 작동시킴으로써 전진 6속 및 후진 1속의 변속단을 구현한다.
여기서, 전진 4속은 통상의 6속 자동변속기에서와 마찬가지로 입력축과 출력축이 동속, 즉 1:1의 변속비를 이루게 되는 변속단이다.
먼저, 전진 1속(D 1단)에서는 트랜스미션 전자제어유니트가 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)를 작동시키므로, 제1클러치(C1)에 연결된 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R1)가 입력축과 동일한 속도 및 방향으로 회전하고, 제1브레이크(B1)에 연결된 제2유성기어세트(PG2)의 캐리어(PC2)는 정지한 상태가 되어 반력요소로 작용하게 된다.
이 상태에서 제1유성기어세트(PG1)의 캐리어(PC1) 또한 정지한 상태가 되며, 결국 입력축을 통해 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R1)가 회전됨과 동시에 캐리어(PC1)의 반력작용으로 제1 및 제2유성기어세트(PG1,PG2)의 피니언(P1,P2)이 일체로 회전되면서 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)가 입력축과 동일한 방향으로 회전되고, 이때 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)는 본 발명의 파워 트레인이 제공할 수 있는 가장 큰 감속비를 출력하여 전진 1속의 변속단을 실현하게 된다.
한편, 이러한 전진 1속 제어상태에서 차속이 증가하게 되면, 트랜스미션 전자제어유니트가 제1브레이크(B1)의 작동을 중단시키면서 제2브레이크(B2)를 새로이 작동시키게 된다.
이 작동상태에서 제1클러치(C1)에 연결된 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R1)는 제1클러치(C1)가 계속해서 작동상태에 있으므로 입력축과 동일한 회전속도 및 회전방향을 유지하고, 제2브레이크(B2)가 작동되기 때문에 제2유성기어세트(PG2)의 선기어(S2)는 정지한 상태가 되어 반력요소로 작용하며, 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)간에 피니언(P1,P2)이 일체로 되어 있으므로 제2유성기어세트(PG2)의 선기어(S2)는 제1유성기어세트(PG1)에서도 일종의 반력요소로 작용하게 되어 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)에서 캐리어(PC1,PC2)와 피니언(P1,P2)이 동시 회전하게 된다.
이때, 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)간에 캐리어(PC1,PC2)와 피니언(P1,P2)은 동일 속도로 회전하며, 제2유성기어세트(PG2)에서 캐리어(PC2) 및 링기어(R2)의 회전속도는 제2유성기어세트(PG2)의 선기어(S2)에 영향을 받게 된다.
결국, 제1 및 제2유성기어세트(PG1,PG2)의 캐리어(PC1,PC2)가 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R1) 및 입력축과 동일 방향으로 회전하고, 피니언(P2)을 매개로 회전력을 전달받는 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2) 역시 동일 방향으로 회전하며, 이때 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)가 도 5의 속도비 선도에 나타낸 바대로 1속보다 빨리 회전하는 전진 2속의 변속비를 출력하게 된다.
이러한 전진 2속 제어상태에서 차속이 증가하게 되면, 트랜스미션 전자제어유니트가 제2브레이크(B2)의 작동을 중단시키면서 제3브레이크(B3)를 새로이 작동시키게 된다.
이 작동상태에서 제1클러치(C1)에 연결된 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R1)는 제1클러치(C1)가 계속해서 작동상태에 있으므로 입력축과 동일한 회전속도 및 회전방향을 유지하고, 제3브레이크(B3)가 작동되기 때문에 제1유성기어세트 (PG1)의 선기어(S1)는 정지한 상태가 되어 반력요소로 작용하며, 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)간에 피니언(P1,P2)이 일체로 되어 있으므로 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)는 제2유성기어세트(PG2)에서도 일종의 반력요소로서 작용하게 되어 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)에서 캐리어(PC1,PC2)와 피니언(P1,P2)이 동시 회전하게 된다.
이때, 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)간에 캐리어(PC1,PC2)와 피니언(P1,P2)은 동일 속도로 회전하며, 제2유성기어세트(PG2)의 캐리어(PC2) 및 링기어(R2)의 회전속도는 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)에 영향을 받게 된다.
결국, 제1 및 제2유성기어세트(PG1,PG2)의 캐리어(PC1,PC2)가 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R1) 및 입력축과 동일 방향으로 회전하고, 피니언(P2)을 매개로 회전력을 전달받는 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2) 역시 동일 방향으로 회전하며, 이때 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)가 도 5의 속도비 선도에 나타낸 바대로 2속보다 빨리 회전하는 전진 3속의 변속비를 출력하게 된다.
이러한 전진 3속 제어상태에서 차속이 더욱 증가하게 되면, 트랜스미션 전자제어유니트가 제3브레이크(B3)의 작동을 중단시키면서 제2클러치(C3)를 새로이 작동시키게 된다.
이 작동상태에서는 제1클러치(C1)에 연결된 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R1)와 제2클러치(C3)에 연결된 제1유성기어세트(PG1)의 캐리어(PC1)가 모두 입력축의 회전동력을 바로 입력받기 때문에 제1유성기어세트(PG1)의 링기어(R1)와 캐리어(PC1)가 모두 입력축과 동일한 속도 및 방향으로 구동되어 제1유성기어세트(PG1) 는 일체로 회전하게 되고, 이에 따라 피니언(P2)이 고정된 채 캐리어(PC2)가 동일 속도로 회전하는 제2유성기어세트(PG2) 또한 입력축과 동일하게 일체로 회전을 하게 된다.
즉, 제2유성기어세트(PG2)가 일체 회전하여 캐리어(PC2)와 출력요소인 링기어(R2)가 모두 입력축과 동일하게 일체로 회전하게 되므로 입력축으로 전달된 회전동력은 유성기어세트를 경유함이 없이 직접출력되는 것으로 이해할 수 있다.
상기한 작용으로 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)가 입력축과 동속, 즉 1:1의 변속비를 이루게 되는 전진 4속의 변속비를 출력하게 된다.
이러한 전진 4속 제어상태에서 차속이 더욱 증가하게 되면, 트랜스미션 전자제어유니트가 제1클러치(C1)의 작동을 중단시키면서 제3브레이크(B3)를 새로이 작동시키게 된다.
이 작동상태에서 제2클러치(C3)에 연결된 제1유성기어세트(PG1)의 캐리어(PC1)는 제2클러치(C3)가 계속해서 작동상태에 있으므로 입력축과 동일한 회전속도 및 회전방향을 유지하고, 제3브레이크(B3)가 작동되기 때문에 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)는 정지한 상태가 되어 반력요소로 작용하며, 이와 같은 선기어(S1)의 반력작용으로 제1유성기어세트(PG1)의 피니언(P1)이 회전된다.
이때, 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)간에 피니언(P1,P2)이 일체로 되어 있으므로 두 유성기어세트(PG1,PG2)의 피니언(P1,P2)은 동일한 속도 및 방향으로 회전하며, 두 유성기어세트(PG1,PG2)의 피니언(P1,P2) 및 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)의 회전속도는 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)에 영향 을 받게 된다.
결국, 제1 및 제2유성기어세트(PG1,PG2)의 캐리어(PC1,PC2)가 입력축과 동일한 속도 및 방향으로 회전하는 상태에서 피니언(P2)을 매개로 회전력을 전달받는 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2) 역시 동일 방향으로 회전을 하되, 이때 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)에 의해 결정된 속도로 제2유성기어세트(PG2)의 피니언(P2) 및 링기어(R2)가 회전을 하여, 전진 증속, 즉 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)가 도 5의 속도비 선도에 나타낸 바대로 동속인 4속보다 빨리 회전하는 전진 5속의 변속비를 출력하게 된다.
또한, 이러한 전진 5속 제어상태에서 차속이 더욱 증가하게 되면, 트랜스미션 전자제어유니트가 제3브레이크(B3)의 작동을 중단시키면서 제2브레이크(B2)를 새로이 작동시키게 된다.
이 작동상태에서 제2클러치(C3)에 연결된 제1유성기어세트(PG1)의 캐리어(PC1)는 제2클러치(C3)가 계속해서 작동상태에 있으므로 입력축과 동일한 회전속도 및 회전방향을 유지하고, 제2브레이크(B2)가 작동되기 때문에 제2유성기어세트(PG2)의 선기어(S2)는 정지한 상태가 되어 반력요소로 작용하며, 이와 같은 선기어(S2)의 반력작용으로 제2유성기어세트(PG2)의 피니언(P2)이 회전된다.
여기서, 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)간에 피니언(P1,P2)이 일체로 되어 있으므로 두 유성기어세트(PG1,PG2)의 피니언(P1,P2)은 동일한 속도 및 방향으로 회전하며, 두 유성기어세트(PG1,PG2)의 피니언(P1,P2) 및 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)의 회전속도는 제2유성기어세트(PG2)의 선기어(S2)에 영향 을 받게 된다.
결국, 입력축 및 제1유성기어세트(PG1)의 캐리어(PC1)와 동일하게 회전하는 제2유성기어세트(PG2)의 캐리어(PC2)가 입력요소로 작용하면서 정지된 제2유성기어세트(PG2)의 선기어(S2)가 반력요소로 작용하는 바, 이 상태에서는 제2유성기어세트(PG2)만이 변속에 관여하는 형태가 된다.
즉, 제1 및 제2유성기어세트(PG1,PG2)의 캐리어(PC1,PC2)가 입력축과 동일한 속도 및 방향으로 회전하는 상태에서 피니언(P2)을 매개로 회전력을 전달받는 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2) 역시 동일 방향으로 회전을 하되, 이때 제2유성기어세트(PG2)의 선기어(S2)에 의해 새로이 결정된 속도로 제2유성기어세트(PG2)의 피니언(P2) 및 링기어(R2)가 회전을 하여, 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)가 도 5의 속도비 선도에 나타낸 바대로 5속보다 빨리 회전하는 전진 6속의 변속비를 출력하게 된다.
한편, 후진 1속에서는 제2클러치(C2)와 제1브레이크(B1)가 작동된다.
이 작동상태에서는 제2클러치(C2)에 연결된 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)가 입력축과 동일한 속도 및 방향으로 회전하고, 제1브레이크(B1)가 작동되기 때문에 제2유성기어세트(PG2)의 캐리어(PC2)는 정지한 상태가 되어 반력요소로 작용하며, 이 캐리어(PC2)의 반력작용으로 제1 및 제2유성기어세트(PG1,PG2)의 피니언(P1,P2)이 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)와는 반대방향으로 회전한다.
결국, 피니언(P2)을 매개로 회전력을 전달받는 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)는 입력축 및 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)와 반대방향으로 회전하며, 이때 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)가 도 5의 속도비 선도에 나타낸 바대로 감속되어 후진 1속의 변속비를 출력하게 된다.
또한, 후진 2속에서는 후진 1속의 제어상태에서 트랜스미션 전자제어유니트가 제1브레이크(B1)의 작동을 중단시키면서 제2브레이크(B2)를 새로이 작동시키게 된다.
이 작동상태에서 제2클러치(C2)에 연결된 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)는 제2클러치(C2)가 계속해서 작동상태에 있으므로 입력축과 동일한 회전속도 및 회전방향을 유지하고, 제2브레이크(B2)가 작동되기 때문에 제2유성기어세트(PG2)의 선기어(S2)는 정지한 상태가 되어 반력요소로 작용하며, 이 선기어(S2)의 반력작용으로 제1 및 제2유성기어세트(PG1,PG2)의 피니언(P1,P2)이 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)와 반대방향으로 회전한다.
결국, 피니언(P2)을 매개로 회전력을 전달받는 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)는 입력축 및 제1유성기어세트(PG1)의 선기어(S1)와 반대로 회전하면서 감속을 하게 되고, 이때 캐리어가 아닌 제2유성기어세트(PG2)의 선기어(S2)가 고정되므로 제1 및 제2유성기어세트(PG1,PG2)의 캐리어(PC1,PC2)와 피니언(P1,P2)이 동시에 회전하게 되면서 제2유성기어세트(PG2)의 링기어(R2)가 도 5의 속도비 선도에 나타낸 바대로 후진 1속보다 빨리 회전하는 후진 2속의 변속비를 출력하게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인에 따르면, 두 서브 유성기어세트의 상호 대응되는 피니언끼리 서로 일체 연결된 스텝드 피니언 타입 유성기어세트가 채용됨으로써, 전진 6속, 후진 2속의 구현이 모두 가 능하면서도 유성기어세트의 수를 종래의 구조에 비해 줄일 수 있고, 이것에 의해 보다 간단한 구조를 가지면서 작은 크기의 변속장치를 구현할 수 있으며, 유성기어세트의 수가 축소되는 만큼 경량화 및 원가 절감의 장점이 있게 된다.
또한, 도 6은 도 3의 실시예에서 클러치의 배치형태를 조절한 다른 실시예를 도시한 구성도로서, 클러치의 배치형태를 제외한 나머지 부분은 도 3의 실시예와 모두 동일하며, 이와 같이 클러치의 배치형태를 조절함에 의해 전장 길이를 더욱 축소할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인에 의하면, 두 서브 유성기어세트의 상호 대응되는 피니언끼리 서로 일체 연결된 스텝드 피니언 타입 유성기어세트가 채용됨으로써, 전진 6속, 후진 2속의 구현이 모두 가능하면서도 유성기어세트의 수를 종래의 구조에 비해 줄일 수 있고, 이것에 의해 보다 간단한 구조를 가지면서 작은 크기의 변속장치를 구현할 수 있으며, 유성기어세트의 수가 축소되는 만큼 경량화 및 원가 절감의 장점이 있게 된다.
또한, 구조상 유압공급라인의 배치도 매우 간단하게 구현할 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인에 있어서,
    두 개의 유성기어세트가 피니언 기어로만 연결되도록 구성된 스텝드 피니언 타입의 유성기어세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    입력축의 회전동력을 전달받는 제1유성기어세트 및 변속 후 출력이 이루어지는 제2유성기어세트로 구성되되, 상기 두 유성기어세트간에 상호 대응되는 두 피니언들끼리 서로 일체 연결된 구조의 스텝드 피니언 타입 유성기어세트와;
    입력축의 회전동력이 상기 제1유성기어세트의 선택된 요소에 전달될 수 있도록 상기 제1유성기어세트의 요소를 입력축에 가변 연결하는 클러치 수단과;
    상기 제1 및 제2유성기어세트의 선택된 요소를 정지시킬 수 있도록 두 유성기어세트의 해당 요소와 변속기 하우징 사이에 설치되는 브레이크 수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 클러치 수단이 상기 제1유성기어세트의 각 요소가 입력축에 가변 연결될 수 있도록 상기 제1유성기어세트의 링기어, 선기어 및 캐리어와 입력축 사이에 각각 설치되는 제1, 2, 3클러치를 포함하고, 상기 브레이크 수단이 해당 각 요소를 정지시킬 수 있도록 상기 제2유성기어세트의 캐리어 및 선기어, 상기 제1유성기어세트의 선기어와 변속기 하우징 사이에 각각 설치되는 제1, 2, 3브레이크를 포함하며, 상기 제2유성기어세트의 링기어가 항시 출력요소로 작용하도록 출력축에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 6속 파워 트레인.
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