KR20100078379A - 차량의 풀타임 4륜 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전륜과 후륜으로 배분되는 토크를 조절하기 위한 토크조절용 액츄에이터와 4L모드와 4H모드의 모드 전환을 위한 모드전환용 액츄에이터를 단일화함으로써, 구조를 단순화하며 중량과 원가를 저감할 수 있도록 한다.

캠프로파일, 액츄에이터, 4H, 4L, 모드전환

Description

차량의 풀타임 4륜 구동장치{Full Time 4 Wheel Drive Apparatus of Vehicle}

본 발명은 차량의 풀타임 4륜 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동력 전달 상태를 변화시키는 메커니즘에 관한 기술이다.

액티브 풀타임 4륜 구동장치는 운전자의 별도 조작 없이도, 급경사의 도로나 비와 눈에 의해 미끄러운 노면의 도로 등과 같은 운전 조건에서는, 자동적으로 차량의 전륜과 후륜에 제공되는 토크를 상황에 맞게 적절히 배분하여 차량이 구동되도록 함으로써, 운전 상태의 안정성 및 편의성을 향상하도록 한다.

이와 같이 차량의 주행 조건에 따라 전륜과 후륜으로 전달되는 동력을 적절한 수준으로 능동적으로 배분하기 위해서는, 자동적으로 작동되어 전륜과 후륜으로 전달되는 동력을 적절히 조절하여 배분하기 위한 토크조절용 액츄에이터가 사용되어야 한다.

또한, 상기와 같은 풀타임 4륜 구동장치에서는 심한 험로 탈출 등의 경우에 사용할 수 있는 4L모드를 4H모드와 구분하여 제공할 수 있도록 하고 있는데, 이 두 모드 사이를 전환하기 위해서는 상기와는 별도의 모드전환용 액츄에이터를 추가로 필요로 한다.

그러나, 상기한 바와 같이 토크조절용 액츄에이터와 모드전환용 액츄에이터를 별도로 구비하게 되면, 4륜 구동장치의 중량이 증가하고 원가가 상승되며 구조가 복잡해지는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전륜과 후륜으로 배분되는 토크를 조절하기 위한 토크조절용 액츄에이터와 4L모드와 4H모드의 모드 전환을 위한 모드전환용 액츄에이터를 단일화함으로써, 구조를 단순화하며 중량과 원가를 저감할 수 있도록 한 차량의 풀타임 4륜 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 차량의 풀타임 4륜 구동장치는

슬리브의 직선 운동으로 변속비가 전환되도록 구비된 모드전환기구와;

제공되는 가압력에 의해 전륜과 후륜으로 전달되는 동력을 배분하는 비율을 변화시키도록 구비된 클러치와;

캠팔로워가 구비된 피동기어와;

상기 피동기어의 회전에 의해 상기 캠팔로워와 상호 작용하여, 상기 슬리브의 직선 운동 방향과 동일한 방향으로 직선 이동되어 상기 클러치에 가압력을 제공하도록 하는 캠프로파일이 형성된 가압캠과;

회전됨에 의해 상기 슬리브를 직선이동시키는 힘을 발생시키는 캠프로파일이 구비된 슬리브구동캠과;

상기 슬리브구동캠과 상기 피동기어를 동시에 회전시키도록 구비된 모터;

를 포함하여 구성되고,

상기 슬리브구동캠의 캠프로파일과 상기 가압캠의 캠프로파일은 상기 모터의 회전위상으로 볼 때, 서로 다른 회전위상에서 각각 상기 가압캠과 슬리브를 직선 이동시키도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 슬리브구동캠의 캠프로파일과 상기 가압캠의 캠프로파일은 상기 모터의 회전방향을 따라 일정한 직선을 그리는 직선구간과 사선을 그리는 사선구간이 서로 다른 회전위상에 각각 나타나도록 형성된다.

상기 모드전환기구는 동력을 공급받는 입력축과 중간축 사이에 구비되고;

상기 중간축과 후륜출력축 사이에는 센터디퍼렌셜이 구비되며;

상기 입력축과 중간축 및 후륜출력축은 동심축을 이루어 배치된 구조로 할 수 있다.

상기 모드전환기구는

상기 입력축에 일체로 형성된 선기어와;

상기 입력축을 회전가능 하게 지지하는 트랜스퍼케이스에 구비된 링기어와;

상기 선기어와 링기어 사이의 유성기어들의 회전축을 제공하는 캐리어를 포함하는 유성기어장치로 구성되고,

상기 슬리브는 상기 중간축 상에서 직선슬라이딩하여 상기 중간축과 상기 선기어의 연결상태와 상기 중간축과 상기 캐리어의 연결상태 사이를 전환하도록 구성될 수 있다.

상기 클러치는 상기 센터디퍼렐셜의 케이스와 상기 중간축 상에 회전 가능하게 설치된 클러치허브 사이에 구성된 다판클러치로 이루어지며;

상기 클러치허브는 스프로켓에 연결되고;

상기 스프로켓은 체인을 통해 전륜출력축으로 연결된 구조로 할 수 있다.

상기 슬리브구동캠과 상기 슬리브 사이에는 구동포크가 더 개재되고;

상기 피동기어는 상기 모터의 회전축에 일체로 장착된 구동기어에 치합되어 회전력을 전달받도록 구성되도록 할 수 있다.

본 발명은 전륜과 후륜으로 배분되는 토크를 조절하기 위한 토크조절용 액츄에이터와 4L모드와 4H모드의 모드 전환을 위한 모드전환용 액츄에이터를 단일화함으로써, 구조를 단순화하며 중량과 원가를 저감할 수 있도록 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 실시예의 풀타임 4륜 구동장치는 슬리브(1)의 직선 운동으로 변속비가 전환되도록 구비된 모드전환기구(3)와; 제공되는 가압력에 의해 전륜과 후륜으로 전달되는 동력을 배분하는 비율을 변화시키도록 구비된 클러치(5)와; 캠팔로워(7)가 구비된 피동기어(9)와; 상기 피동기어(9)의 회전에 의해 상기 캠팔로워(7)와 상호 작용하여, 상기 슬리브(1)의 직선 운동 방향과 동일한 방향으로 직선 이동되어 상기 클러치(5)에 가압력을 제공하도록 하는 캠프로파일이 형성된 가압캠(11)과; 회전됨에 의해 상기 슬리브(1)를 직선이동시키는 힘을 발생시키는 캠프로파일이 구비된 슬리브구동캠(13)과; 상기 슬리브구동캠(13)과 상기 피동기어(9)를 동시에 회전시키도록 구비된 모터(15)를 포함하여 구성된다.

상기 슬리브구동캠(13)의 캠프로파일과 상기 가압캠(11)의 캠프로파일은 상기 모터(15)의 회전위상으로 볼 때, 서로 다른 회전위상에서 각각 상기 가압캠(11)과 슬리브(1)를 직선 이동시키도록 형성된다.

상기 슬리브구동캠(13)의 캠프로파일과 상기 가압캠(11)의 캠프로파일은 도 3에 예시된 바와 같이 상기 모터(15)의 회전방향을 따라 일정한 직선을 그리는 직선구간과 사선을 그리는 사선구간이 서로 다른 회전위상에 각각 나타나도록 형성된다.

본 실시예에서, 도 3의 좌측은 상기 슬리브구동캠(13)의 원주면에 형성된 캠프로파일을 표시하며, 우측은 상기 가압캠(11)의 캠프로파일을 표시하는 것으로서, 비교를 위하여 모두 상기 모터(15)의 회전위상에 따라 표시하였다.

상기 모드전환기구(3)는 동력을 공급받는 입력축(17)과 중간축(19) 사이에 구비되고, 상기 중간축(19)과 후륜출력축(21) 사이에는 센터디퍼렌셜(23)이 구비되며, 상기 입력축(17)과 중간축(19) 및 후륜출력축(21)은 동심축을 이루어 배치된 구조이다.

본 실시예에서 상기 모드전환기구(3)는 상기 입력축(17)에 일체로 형성된 선기어(25)와, 상기 입력축(17)을 회전가능 하게 지지하는 트랜스퍼케이스에 구비된 링기어(27)와, 상기 선기어(25)와 링기어(27) 사이의 유성기어들의 회전축을 제공하는 캐리어(29)를 포함하는 유성기어장치로 구성되고, 상기 슬리브(1)는 상기 중간축(19) 상에서 직선슬라이딩하여 상기 중간축(19)과 상기 선기어(25)의 연결상태와 상기 중간축(19)과 상기 캐리어(29)의 연결상태 사이를 전환하도록 되어 있다.

상기 슬리브구동캠(13)과 상기 슬리브(1) 사이에는 구동포크(31)가 개재되고, 상기 피동기어(9)는 상기 모터(15)의 회전축에 일체로 장착된 구동기어(57)에 치합되어 회전력을 전달받도록 구성되며, 상기 구동기어(57)와 피동기어(9)는 더블헬리컬기어로 치합된 구조이다.

따라서, 상기 피동기어(9)는 상기 가압캠(11)의 직선운동에 따른 반력에 의해 축방향으로 이동되는 것이 상기 구동기어(57)와의 치합상태에 의해 방지되게 된다.

상기 클러치(5)는 상기 센터디퍼렌셜(23)의 케이스와 상기 중간축(19) 상에 회전 가능하게 설치된 클러치허브(33) 사이에 구성된 다판클러치(5)로 이루어지며, 상기 클러치허브(33)는 스프로켓(35)에 연결되고, 상기 스프로켓(35)은 체인(37)을 통해 전륜출력축(39)으로 연결된 구조이다.

상기 클러치(5)는 가압플레이트(41)에 의해 가압되도록 되어 있으며, 상기 가압플레이트(41)와 가압캠(11) 사이에는 베어링(43)이 구비되어 있고, 상기 클러치허브(33)와 상기 가압플레이트(41) 사이에는 리턴스프링(45)이 설치된 구조이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

상기 입력축(17)으로 공급된 회전력은 상기 선기어(25)와 슬리브(1)를 통해 상기 중간축(19)으로 전달된다. 이와 같은 상태는 4H모드이고, 상기 슬리브(1)가 이동하여 상기 캐리어(29)가 상기 슬리브(1)와 연결된 상태로 바뀌면 4L모드로 전환된다.

이와 같은 4H모드와 4L모드의 전환은 상기 슬리브구동캠(13)이 회전되면서 상기 구동포크(31)를 통해 전달되는 직선 이동력이 상기 슬리브(1)를 상기 중간축(19) 상에서 스플라인 결합된 상태를 유지하면서 직선 이동시킴에 의해 이루어지게 된다.

한편, 상기 중간축(19)으로 공급된 회전력은 상기 센터디퍼렌셜(23)을 통해 상기 후륜출력축(21)과 전륜출력축(39)으로 분배되게 된다.

즉, 상기 중간축(19)에 스플라인 결합된 센터디퍼렌셜(23)의 구동사이드기어(47)가 회전되면, 여기에 치합된 피니언(49)이 자전함과 아울러 피니언샤프트(51)와 함께 공전하게 되며, 상기 구동사이드기어(47)의 맞은편에 배치되어 상기 후륜출력축(21)에 스플라인 결합된 피동사이드기어(53)가 상기 피니언(49)의 자전에 의해 회전하게 되어 후륜으로 동력이 인출되며, 상기 피니언(49)이 상기 피니언샤프트(51)와 함께 공전하면서 발생시키는 센터디퍼렌셜(23)의 케이스(55)의 회전력이 상기 클러치(5)와 스프로켓(35)을 통해 전륜출력축(39)으로 인출되는 것이다.

물론, 상기 전륜출력축(39)으로 동력이 인출되기 위해서는 상기 클러치(5)를 체결하여, 상기 센터디퍼렌셜(23)의 케이스(55)로 인출된 동력이 클러치허브(33)와 스프로켓(35)을 통해 체인(37)으로 전달될 수 있어야 한다.

상기 클러치(5)를 체결하도록 하는 가압력은 상기 가압캠(11)이 제공하도록 되어 있으며, 상기 가압캠(11)은 상기 피동기어(9)의 캠팔로워(7)가 상기 피동기어(9)와 함께 상기 가압캠(11)의 원주면에 형성된 캠프로파일을 따라 이동하면서 발생시키는 힘에 의해 상기 클러치(5)에 가압력을 제공하게 되며, 상기 피동기어(9)는 상기 모터(15)가 제공하는 회전력을 상기 구동기어(57)로부터 전달받아 회전하도록 되어 있다.

상기 모터(15)의 회전축에는 상기 구동기어(57)뿐만 아니라 상기 슬리브구동캠(13)이 일체로 설치되어 있어서, 상기 모터(15)가 회전되면 상기 슬리브구동캠(13)과 구동기어(57)가 함께 회전하게 된다.

도 3을 함께 참조할 때, 상기 슬리브구동캠(13)과 상기 구동기어(57)가 함께 회전을 시작하면, 상기 슬리브구동캠(13)의 캠프로파일은 하측으로부터 상측을 향하는 직선구간을 이동하게 되므로 처음에는 상기 구동포크(31)를 직선이동시키지 않고, 상기 구동기어(57)의 회전력에 의해 회전되는 피동기어(9)의 캠팔로워(7)는 상기 가압캠(11)의 경사진 캠프로파일을 따라 이동함에 따라 상기 가압캠(11)을 우측으로 이동시키는 힘을 발생시키게 되어, 상기 가압캠(11)이 상기 클러치(5)를 체결시키게 된다(A 구간).

따라서, 상기 중간축(19)으로부터의 동력은 상기 센터디퍼렌셜(23)을 통해 후륜출력축(21)과 전륜출력축(39)으로 모두 전달되는 상태가 되는 것이다.

이어, 상기 모터(15)의 회전축이 더 회전되면, 이 동안에는 상기 가압캠(11)의 캠프로파일은 도면상 상측을 향해 단순한 직선형을 이루고 있으므로 더 이상 상기 가압캠(11)을 직선이동시키는 이동력을 발생시키지 않고, 반면, 상기 슬리브구동캠(13)의 캠프로파일은 사선구간이 상기 구동포크(31)와 접촉하여, 상기 구동포크(31)가 도면상 우측으로 이동되도록 한다(B 구간).

따라서, 슬리브(1)는 상기 선기어(25)를 상기 중간축(19)에 연결하던 상태로부터 상기 캐리어(29)를 상기 중간축(19)에 연결함으로써, 4H모드에서 4L모드로의 전환이 이루어지게 된다.

물론, 상기 4L모드에서 4H모드로의 전환 및 상기 클러치(5)의 해제는 상기한 방향과 반대방향으로 상기 모터(15)를 구동함으로써, 지금까지 설명한 것의 역순으로 이루어지게 된다.

따라서, 사용자의 조작에 따라 상기 모터(15)의 회전 방향과 회전 정도를 조절할 수 있도록 함에 의해, 전륜측으로 동력을 전달하는 클러치(5)의 연결 및 해제 상태 전환과, 4L모드와 4H모드 사이의 전환이 하나의 모터(15) 만으로 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 풀타임 4륜 구동장치를 설명한 도면,

도 2는 도 1의 일부를 상세히 도시한 상세도,

도 3은 슬리브구동캠과 가압캠의 캠프로파일을 모터의 회전위상에 따라 비교하여 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 슬리브 3; 모드전환기구

5; 클러치 7; 캠팔로워

9; 피동기어 11; 가압캠

13; 슬리브구동캠 15; 모터

17; 입력축 19; 중간축

21; 후륜출력축 23; 센터디퍼렌셜

25; 선기어 27; 링기어

29; 캐리어 31; 구동포크

33; 클러치허브 35; 스프로켓

37; 체인 39; 전륜출력축

41; 가압플레이트 43; 베어링

45; 리턴스프링 47; 구동사이드기어

49; 피니언 51; 피니언샤프트

53; 피동사이드기어 55; 케이스

57; 구동기어

Claims (6)

1. 슬리브의 직선 운동으로 변속비가 전환되도록 구비된 모드전환기구와;

   제공되는 가압력에 의해 전륜과 후륜으로 전달되는 동력을 배분하는 비율을 변화시키도록 구비된 클러치와;

   캠팔로워가 구비된 피동기어와;

   상기 피동기어의 회전에 의해 상기 캠팔로워와 상호 작용하여, 상기 슬리브의 직선 운동 방향과 동일한 방향으로 직선 이동되어 상기 클러치에 가압력을 제공하도록 하는 캠프로파일이 형성된 가압캠과;

   회전됨에 의해 상기 슬리브를 직선이동시키는 힘을 발생시키는 캠프로파일이 구비된 슬리브구동캠과;

   상기 슬리브구동캠과 상기 피동기어를 동시에 회전시키도록 구비된 모터;

   를 포함하여 구성되고,

   상기 슬리브구동캠의 캠프로파일과 상기 가압캠의 캠프로파일은 상기 모터의 회전위상으로 볼 때, 서로 다른 회전위상에서 각각 상기 가압캠과 슬리브를 직선 이동시키도록 형성된 것

   을 특징으로 하는 차량의 풀타임 4륜 구동장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 슬리브구동캠의 캠프로파일과 상기 가압캠의 캠프로파일은 상기 모터 의 회전방향을 따라 일정한 직선을 그리는 직선구간과 사선을 그리는 사선구간이 서로 다른 회전위상에 각각 나타나도록 형성된 것

   을 특징으로 하는 차량의 풀타임 4륜 구동장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 모드전환기구는 동력을 공급받는 입력축과 중간축 사이에 구비되고;

   상기 중간축과 후륜출력축 사이에는 센터디퍼렌셜이 구비되며;

   상기 입력축과 중간축 및 후륜출력축은 동심축을 이루어 배치된 것

   을 특징으로 하는 차량의 풀타임 4륜 구동장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 모드전환기구는

   상기 입력축에 일체로 형성된 선기어와;

   상기 입력축을 회전가능 하게 지지하는 트랜스퍼케이스에 구비된 링기어와;

   상기 선기어와 링기어 사이의 유성기어들의 회전축을 제공하는 캐리어를 포함하는 유성기어장치로 구성되고,

   상기 슬리브는 상기 중간축 상에서 직선슬라이딩하여 상기 중간축과 상기 선기어의 연결상태와 상기 중간축과 상기 캐리어의 연결상태 사이를 전환하도록 된 것

   을 특징으로 하는 차량의 풀타임 4륜 구동장치.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 클러치는 상기 센터디퍼렐셜의 케이스와 상기 중간축 상에 회전 가능하게 설치된 클러치허브 사이에 구성된 다판클러치로 이루어지며;

   상기 클러치허브는 스프로켓에 연결되고;

   상기 스프로켓은 체인을 통해 전륜출력축으로 연결된 것

   을 특징으로 하는 차량의 풀타임 4륜 구동장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 슬리브구동캠과 상기 슬리브 사이에는 구동포크가 더 개재되고;

   상기 피동기어는 상기 모터의 회전축에 일체로 장착된 구동기어에 치합되어 회전력을 전달받도록 구성된 것;

   을 특징으로 하는 차량의 풀타임 4륜 구동장치.

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