KR20100092488A - 전기 차량을 위한 2단 변속 트랜스액슬 기어박스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 모터로부터 차량의 제1 및 제2 차축으로 동력을 전달하기 위한 트랜스미션에 관한 것으로서, 상기 트랜스미션은 전기 모터에 의해 구동되도록 구성된 입력 샤프트와 제1 유성 기어 세트를 포함한다. 제2 유성 기어 세트는 제1 유성 기어 세트에 의해 구동되는 제1 부재와, 회전이 제한된 제2 부재와, 제3 부재를 갖는다. 차동 조립체는 제1 차축을 구동하도록 구성된 제1 측부 기어와, 제2 차축을 구동하도록 구성된 제2 측부 기어와, 제1 및 제2 측부 기어와 맞물리는 한 쌍의 피니언 기어를 갖는다. 제1 클러치는 제1 부재와 차동 조립체를 구동식으로 상호연결하도록 작동가능하다. 제2 클러치는 제3 부재와 차동 조립체를 구동식으로 상호연결하도록 작동가능하다.
Description
본 발명은 일반적으로 모터 차량(motor vehicle)용 동력 트랜스미션(power transmission)에 관한 것이다. 특히, 전기 차량(electric vehicle)용 2단 변속 트랜스액슬(two-speed transaxle)이 개시되어 있다.
종래의 2단 변속 트랜스액슬은 2개의 나선형 구동 기어를 갖는 입력 샤프트를 포함할 수 있다. 입력 토크는 테이퍼진 롤러 베어링 상에서 회전되도록 지지될 수 있는 입력 샤프트에 제공된다. 속도 선택은 중간 샤프트 조립체 상의 2개의 위치들 사이에 동조기 슬리브(synchronizer sleeve)를 활주시킴으로써 달성된다. 최종 구동 기어 세트의 구동 피니언은 중간 샤프트 조립체의 부분일 수 있다. 최종 구동 출력 기어는 차량의 좌우 휠에 출력 토크를 배분하는 측부 기어 차동 조립체(side gear differential assembly) 및 베벨(bevel)에 부착된다. 이러한 형태의 이중 감속 기어박스(double-reduction gearbox)는 과거에는 만족스럽게 기능할 수 있었으나, 이러한 설계는 비교적 큰 속도로 회전하기 위해 비교적 큰 용량을 필요로 한다. 이러한 점에 있어서, 제품의 목표하는 수명에 걸쳐 정숙한 작동을 보장하는 데 고가의 밸런싱 절차가 요구될 수 있다. 또한, 공지의 2단 변속 트랜스액슬은 입력 샤프트, 중간 샤프트 및 차동 캐리어(differential carrier)의 제조와 사용을 필요로 한다. 각각의 이러한 구성요소는 하우징에 의해 회전식으로 지지된다. 이러한 구성요소를 제조하고 지지하는 데 관련된 비용은 바람직하지 못하게 부담을 줄 수 있다. 또한, 이전의 공지된 트랜스액슬은 목표하는 바보다 더 무거울 수 있다.
전기 모터로부터 차량의 제1 및 제2 차축으로 동력을 전달하기 위한 트랜스미션은 전기 모터에 의해 구동되도록 구성된 입력 샤프트와 제1 유성 기어 세트(planetary gear set)를 포함한다. 제2 유성 기어 세트는 제1 유성 기어 세트에 의해 구동되는 제1 부재와, 회전이 제한된 제2 부재와, 제3 부재를 갖는다. 차동 조립체는 제1 차축을 구동하도록 구성된 제1 측부 기어와, 제2 차축을 구동하도록 구성된 제2 측부 기어와, 제1 및 제2 측부 기어와 맞물리는 한 쌍의 피니언 기어를 갖는다. 제1 클러치는 제1 부재와 차동 조립체를 구동식으로 상호연결하도록 작동가능하다. 제2 클러치는 제3 부재와 차동 조립체를 구동식으로 상호연결하도록 작동가능하다.
다른 형태에서, 전기 모터로부터 차량의 제1 및 제2 차축으로 동력을 전달하기 위한 트랜스미션은 전기 모터에 의해 구동되도록 구성된 입력 샤프트를 포함한다. 제1 유성 기어 세트는 입력 샤프트에 의해 구동되는 제1 태양 기어와, 회전이 제한된 제1 링 기어와, 제1 캐리어 상에서 회전식으로 지지되고 제1 태양 기어 및 제1 링 기어와 맞물리는 복수의 제1 유성 기어를 갖는다. 제2 유성 기어 세트는 제1 유성 기어 세트의 제1 캐리어에 의해 구동되는 제2 태양 기어와, 회전이 제한된 제2 캐리어와, 캐리어에 의해 회전식으로 지지되는 유성 기어의 제2 및 제3 세트를 갖는다. 각각의 제2 유성 기어는 제2 태양 기어 및 제3 유성 기어들 중 하나와 맞물린다. 각각의 제3 유성 기어는 제2 링 기어와 맞물린다. 차동 조립체는 제1 차축을 구동하도록 구성된 제1 측부 기어와, 제2 차축을 구동하도록 구성된 제2 측부 기어와, 제1 및 제2 측부 기어와 맞물리는 한 쌍의 피니언 기어를 갖는다. 제1 클러치는 제2 태양 기어와 차동 조립체를 구동식으로 상호연결하도록 작동가능하다. 제2 클러치는 제2 링 기어와 차동 조립체를 구동식으로 상호연결하도록 작동가능하다.
본 명세서에 제공된 설명으로부터 추가 응용 영역이 명백해질 것이다. 설명과 특정 예시는 예시의 목적으로만 의도된 것이며 본 기재의 범주를 제한하고자 함이 아니라는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에 설명된 도면은 예시의 목적일 뿐이며 어떠한 방식에서든 본 기재의 범주를 제한하고자 함이 아니다.
도 1은 본 기재의 교시를 따라 구성된 트랜스액슬의 막대도(stick diagram)이다.
도 2는 도 1에 도시된 트랜스액슬의 부분 사시도이다.
도 3은 다른 트랜스미션을 도시하는 막대도이다.
도 1은 본 기재의 교시를 따라 구성된 트랜스액슬의 막대도(stick diagram)이다.
도 2는 도 1에 도시된 트랜스액슬의 부분 사시도이다.
도 3은 다른 트랜스미션을 도시하는 막대도이다.
이하의 설명은 사실상 예시일 뿐이며 본 기재, 응용, 또는 사용을 제한하고자 함이 아니다. 도면들에 걸쳐 대응하는 참조 도면부호는 유사하거나 대응하는 부품 및 특징부를 지시한다는 것을 이해해야 한다.
예시적인 전기 모터(12)에 의해 구동되는 2단 변속 트랜스액슬(10)이 도 1 및 도 2에 도시된다. 트랜스액슬(10)은 전기 모터(12)의 출력 샤프트(16)와 함께 회전하도록 고정된 입력 샤프트(14)를 포함한다. 트랜스액슬(10)은 제1 차축 샤프트(18)와 제2 차축 샤프트(20)에 구동 토크를 제공하도록 작동가능하다. 제1 및 제2 차축 샤프트(18, 20)는 차량 휠(미도시)을 구동한다. 동력은 입력 샤프트(14)로부터 제1 유성 기어 세트(22), 제2 유성 기어 세트(24), 제1 클러치(26)와 제2 클러치(28) 중 하나, 스프로킷(sprocket) 및 체인 조립체(30)와 차동 조립체(32)를 통해 전달된다.
유성 기어 세트(22)는 입력 샤프트(14)와 함께 회전하도록 고정된 태양 기어(38)를 포함하는 단순한 유성 기어 세트이다. 링 기어(40)는 링 기어(40)의 회전을 제한하기 위해 트랜스액슬(10)의 하우징(42)에 결합된다. 복수의 유성 기어(44)는 캐리어(46) 상에 회전식으로 지지된다. 각 유성 기어(44)는 태양 기어(38)및 링 기어(40)와 맞물림식으로 구동되는 결합을 취한다. 입력 샤프트(14)와 태양 기어(38)는 베어링(48)에 의해 하우징(42) 내에서 회전하도록 지지된다. 전술한 구성에 기초하면, 유성 기어 세트(22)는 입력이 태양 기어(38)에 제공되고 출력이 캐리어(46)에 의해 제공되는 감속기(speed reducer)로서 작용한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 유성 기어 세트(22)는 대략 5.70:1의 기어 감속비를 제공하는 것이 고려된다. 본 기재의 범주를 벗어남 없이 다른 기어 감속비가 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
유성 기어 세트(24)는 유성 기어 세트(22)에 의해 구동되는 복잡한 유성 기어 세트이다. 특히, 유성 기어 세트(24)는 유성 기어 세트(22)의 캐리어(46)와 함께 회전하도록 고정된 태양 기어(50)를 포함한다. 또한, 유성 기어 세트(24)는 링 기어(52), 유성 기어의 제1 세트(54), 유성 기어의 제2 세트(56) 및 캐리어(58)를 포함한다. 각각의 제1 및 제2 유성 기어(54, 56)는 캐리어(58) 상에서 회전하도록 지지된다. 각각의 유성 기어(54)는 태양 기어(50)와 맞물림식으로 결합되게 위치된다. 각각의 유성 기어(56)는 링 기어(52) 및 하나의 유성 기어(54)와 맞물림식으로 결합되게 위치된다. 캐리어(58)는 하우징(42)에 결합되고 회전이 제한된다. 유성 기어 세트(24)는 전술한 바와 같이 링 기어(52)가 태양 기어(50)와 동일한 방향으로 회전하는 것을 보장하도록 구성된다.
제1 클러치(26)는 태양 기어(50)를 스프로킷 및 체인 조립체(30)와 구동식으로 상호연결하도록 선택적으로 작동가능하다. 유사하게, 제2 클러치(28)는 링 기어(52)를 스프로킷 및 체인 조립체(30)와 구동식으로 상호연결하도록 선택적으로 작동가능하다. 트랜스액슬(10)은 2단 변속 동력 트랜스미션 기구로서 구성된다. 이러한 점에서 트랜스액슬(10)은 저속 모드(low range mode), 고속 모드(high range mode) 또는 중립 모드(neutral mode)로 작동될 수 있다. 고속 모드 작동은 제1 클러치(26)를 작동시키고 태양 기어(50)를 스프로킷 및 체인 조립체(30)와 구동식으로 상호연결시킴으로써 달성된다. 이때 제2 클러치(28)는 작동하지 않으며 토크를 전달한다. 고속 모드에서 유성 기어 세트(24)는 기어 감속을 제공하지 않으며, 단지 유성 기어 세트(22)로부터 그것을 통해 직접 또는 1:1 비율로 토크를 통과시킬 뿐이다.
트랜스액슬(10)을 저속 모드로 작동시키기 위해 제1 클러치(26)는 토크가 그것을 통해 전달되지 않도록 불활성화되는 반면, 제2 클러치(28)는 링 기어(52)로부터 스프로킷 및 체인 조립체(30)로 토크를 전달하도록 활성화된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 유성 기어 세트(24)는 트랜스액슬(10)이 저속 모드로 작동될 시 대략 1.93:1의 기어 감속비를 제공하는 것이 고려된다. 중립 모드는 제1 클러치(26)와 제2 클러치(28)를 모두 불활성화시킴으로써 달성된다.
제1 클러치(26)는 태양 기어(50)와 함께 회전하도록 고정된 드럼(60)을 포함한다. 허브(62)는 스프로킷의 구동 스프로킷(drive sprocket: 63) 및 체인 조립체(30)와 함께 회전하도록 고정된다. 클러치 플레이트의 제1 세트(64)는 드럼(60)과 함께 회전하도록 스플라이닝된다(splined). 클러치 플레이트의 제2 세트(66)는 허브(62)와 함께 회전하도록 스플라이닝된다. 제1 클러치 플레이트(64)에는 클러치 팩(clutch pack)에 가해진 외부력이 제1 클러치(26)를 통해 토크가 전달되는 것을 유발하도록 제2 클러치 플레이트(66)가 끼워져 있다.
제2 클러치(28)는 링 기어(52)와 함께 회전하도록 고정된 드럼(70)을 포함한다. 허브(72)는 구동 스프로킷(63)과 함께 회전하도록 고정된다. 클러치 플레이트의 제1 세트(74)는 드럼(70)과의 공통 회전을 위해 스플라이닝된다. 클러치 플레이트의 제2 세트(76)는 허브(72)와 함께 회전하도록 고정된다. 제1 클러치 플레이트(74)에는 제2 클러치 플레이트(76)가 끼워져 있다. 외부 압축력을 받을 시 제1 클러치 플레이트(74)는 제2 클러치 플레이트(76)와 결합하여 제2 클러치(28)를 통한 토크 전달을 유발한다.
구동 스프로킷(63), 허브(62) 및 허브(72)는 베어링(82)에 의해 하우징(42) 내에 회전식으로 지지되는 구동 샤프트(80)와 함께 회전하도록 고정된다. 피구동 스프로킷(driven sprocket: 84)은 제2 차축 샤프트(20)와 함께 회전하도록 고정된다. 체인(86)은 구동 스프로킷(63)과 피구동 스프로킷(84)을 구동식으로 상호연결한다. 도 1에 제시된 예시에서, 구동 스프로킷(63)은 37개의 톱니를 포함하고 피구동 스프로킷(84)은 47개의 톱니를 포함하여 대략 1.27:1의 감속비를 제공한다.
차동 조립체(32)는 제1 차축 샤프트(18)와 함께 회전하도록 고정된 제1 측부 기어(90)를 포함한다. 제2 측부 기어(92)는 제2 차축 샤프트(20)와 함께 회전하도록 고정된다. 피니언 기어(94)는 캐리어(96)에 의해 회전식으로 지지된다. 각 피니언 기어(94)는 제1 측부 기어(90) 및 제2 측부 기어(92)와 구동식으로 맞물림 결합된다. 전술된 다양한 구성요소의 감속비에 기초하여 트랜스액슬(10)은 대략 14.00:1의 저속 기어비와 대략 7.24:1의 고속 기어비를 제공한다.
다른 트랜스액슬(200)이 도 3에 도시된다. 트랜스액슬(200)은 실질적으로 트랜스액슬(10)과 유사하다. 따라서, 유사한 구성요소는 앞서 도입된 참조 도면부호를 유지할 것이다. 트랜스액슬(200)은 제1 차축 샤프트(18)와 제2 차축 샤프트(20)에 구동 토크를 제공할 뿐 아니라 프로펠러 샤프트(202)를 통해 2차 구동 라인에 구동 토크를 전달하고 풀타임 4륜 구동 장치(full-time four-wheel drive arrangement)를 제공하도록 구성된다. 유성 기어 세트(22), 스프로킷 및 체인 조립체(30)와 차동 조립체(32)는 전술된 바와 실질적으로 동일하다.
유성 기어 세트(204)는 유성 기어 세트(22)의 캐리어(46)로부터 토크를 받는다. 유성 기어 세트(204)는 유성 기어 세트(22)의 캐리어(46)와 함께 회전하도록 고정된 링 기어(206)를 포함한다. 태양 기어(208)는 하우징(42)에 결합되고 회전이 제한된다. 복수의 유성 기어(210)는 캐리어(212) 상에서 회전하도록 지지된다. 각 유성 기어(210)는 링 기어(206) 및 태양 기어(208)와 구동식으로 맞물림 결합된다. 제1 클러치(214)는 캐리어(212)와 구동 스프로킷(63)을 선택적으로 구동식으로 상호연결한다. 제2 클러치(216)는 링 기어(206)를 구동 스프로킷(63)과 선택적으로 구동식으로 상호연결한다. 유성 기어 세트(204)는 태양 기어(208)의 회전이 제한될 시 링 기어(206)가 캐리어(212)와 동일한 방향으로 회전하기 때문에 단순한 유성 기어 세트로서 구성될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
제1 클러치(214)는 캐리어(212)와 함께 회전하도록 고정된 허브(218)를 포함한다. 드럼(220)은 구동 스프로킷(63)과 함께 회전하도록 고정된다. 클러치 플레이트의 제1 세트(222)는 허브(218)와 스플라이닝식으로 결합된다(splined engagement). 클러치 플레이트의 제2 세트(224)는 허브(220)와 스플라이닝식으로 결합된다. 토크는 압축력이 제1 클러치 플레이트(222)와 제2 클러치 플레이트(224)에 가해질 시 제1 클러치(214)를 가로질러 전달된다.
제2 클러치(216)는 링 기어(206)와 함께 회전하도록 고정된 드럼(230)을 포함한다. 클러치 플레이트의 제1 세트(232)는 드럼(230)에 스플라이닝된다. 허브(234)는 구동 스프로킷(63)과 함께 회전하도록 고정된다. 클러치 플레이트의 제2 세트(236)는 허브(234)에 스플라이닝된다. 토크는 압축력을 제1 클러치 플레이트(232)와 제2 클러치 플레이트(236)에 가함으로써 제2 클러치(216)를 가로질러 전달될 수 있다.
증속 기어 세트(speed increasing gear set: 240)는 구동 샤프트(80)와 함께 회전하도록 고정된 피니언 기어(242)와, 피니언 기어(242)와 맞물림식으로 결합된 링 기어(244)를 포함한다. 증속 기어 세트(240)는 프로펠러 샤프트(202)를 통해 제2 구동 라인에 구동 토크를 제공한다. 기어세트(240)는 프로펠러 샤프트(202)가 토크를 피구동 휠의 다른 세트에 전달하기 위해 감소된 직경을 포함하게 하는 증속 기어 세트 또는 오버드라이브(overdrive)로서 구성된다. 감소된 직경은 용량을 감소시키고, 더 큰 직경의 프로펠러 샤프트와의 밸런싱에 관한 관련 도전들을 감소시킨다. 또한, 증속 기어 세트(240)는 4륜 구동 능력을 제공하기 위해 트랜스액슬(10)의 구동 샤프트(80)에 결합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
또한, 전술한 논의는 본 기재의 예시적인 실시예만을 기재하고 설명한 것이다. 본 기술분야의 당업자는 이러한 논의 및 첨부하는 도면과 청구범위로부터, 이하의 청구범위에 정의된 바와 같은 본 기재의 취지와 범주를 벗어남 없이 본 기재에 다양한 변경, 수정 및 변형이 만들어질 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.
Claims (21)
- 전기 모터로부터 차량의 제1 및 제2 차축으로 동력을 전달하기 위한 트랜스미션이며,
전기 모터에 의해 구동되도록 구성된 입력 샤프트와,
제1 유성 기어 세트와,
상기 제1 유성 기어 세트에 의해 구동되는 제1 부재와, 회전이 제한된 제2 부재와, 제3 부재를 갖는 제2 유성 기어 세트와,
제1 차축을 구동하도록 구성된 제1 측부 기어와, 제2 차축을 구동하도록 구성된 제2 측부 기어와, 상기 제1 및 제2 측부 기어와 맞물리는 한 쌍의 피니언 기어를 갖는 차동 조립체와,
상기 제1 부재와 상기 차동 조립체를 구동식으로 상호연결하도록 작동가능한 제1 클러치와,
상기 제3 부재와 상기 차동 조립체를 구동식으로 상호연결하도록 작동가능한 제2 클러치를 포함하는
트랜스미션. - 제1항에 있어서,
상기 제2 유성 기어 세트의 상기 제1 부재와 상기 제3 부재는 동일한 방향으로 회전하는
트랜스미션. - 제2항에 있어서,
상기 제2 유성 기어 세트의 상기 제1 부재는 링 기어인
트랜스미션. - 제3항에 있어서,
상기 제2 유성 기어 세트의 상기 제2 부재는 태양 기어인
트랜스미션. - 제4항에 있어서,
상기 제2 유성 기어 세트의 상기 제3 부재는 상기 링 기어 및 상기 태양 기어와 맞물리는 유성 기어를 회전식으로 지지하는 캐리어인
트랜스미션. - 제5항에 있어서,
상기 제1 유성 기어 세트는 상기 입력 샤프트에 의해 구동되는 태양 기어와, 상기 제2 유성 기어 세트의 상기 제1 부재를 구동하는 캐리어를 포함하는
트랜스미션. - 제1항에 있어서,
상기 제2 유성 기어 세트에 의해 구동되고 상기 차동 조립체를 구동하는 감속 유닛을 더 포함하는
트랜스미션. - 제7항에 있어서,
상기 감속 유닛은 상기 제1 및 제2 클러치 중 하나에 의해 선택적으로 구동되는 구동 스프로킷과, 피구동 스프로킷과, 상기 구동 스프로킷과 상기 피구동 스프로킷을 구동식으로 상호연결하는 가요성 구동 부재를 포함하는
트랜스미션. - 제8항에 있어서,
상기 피구동 스프로킷은 상기 제2 측부 기어와 함께 회전하도록 고정된
트랜스미션. - 제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 측부 기어는 상기 입력 샤프트의 회전 축에 실질적으로 평행하고 오프셋(offset)된 공통 축을 중심으로 회전하는
트랜스미션. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 클러치 중 하나에 의해 구동되는 증속 기어 세트를 더 포함하고, 상기 증속 기어 세트는 제3 차량 차축에 토크를 전달하도록 구성된
트랜스미션. - 제1항에 있어서,
상기 제2 유성 기어 세트의 상기 제1 부재는 상기 제1 유성 기어 세트에 의해 구동되는 태양 기어인
트랜스미션. - 제1항에 있어서,
상기 제2 유성 기어 세트의 상기 제2 부재는 캐리어인
트랜스미션. - 제1항에 있어서,
상기 제2 유성 기어 세트의 상기 제3 부재는 링 기어인
트랜스미션. - 전기 모터로부터 차량의 제1 및 제2 차축으로 동력을 전달하기 위한 트랜스미션이며,
전기 모터에 의해 구동되도록 구성된 입력 샤프트와,
상기 입력 샤프트에 의해 구동되는 제1 태양 기어와, 회전이 제한된 제1 링 기어와, 제1 캐리어 상에 회전식으로 지지되고 상기 제1 태양 기어 및 상기 제1 링 기어와 맞물리는 복수의 제1 유성 기어를 갖는 제1 유성 기어 세트와,
상기 제1 유성 기어 세트의 상기 제1 캐리어에 의해 구동되는 제2 태양 기어와, 회전이 제한된 제2 캐리어와, 상기 제2 캐리어에 의해 회전식으로 지지되는 유성 기어의 제2 및 제3 세트를 갖는 제2 유성 기어 세트로서, 각각의 상기 제2 유성 기어는 상기 제2 태양 기어 및 상기 제3 유성 기어들 중 하나와 맞물리고, 각각의 상기 제3 유성 기어는 상기 제2 링 기어와 맞물리는, 제2 유성 기어 세트와,
제1 차축을 구동하도록 구성된 제1 측부 기어와, 제2 차축을 구동하도록 구성된 제2 측부 기어와, 상기 제1 및 제2 측부 기어와 맞물리는 한 쌍의 피니언 기어를 갖는 차동 조립체와,
상기 제2 태양 기어와 상기 차동 조립체를 구동식으로 상호연결하도록 작동가능한 제1 클러치와,
상기 제2 링 기어와 상기 차동 조립체를 구동식으로 상호연결하도록 작동가능한 제2 클러치를 포함하는
트랜스미션. - 제15항에 있어서,
상기 제2 유성 기어 세트에 의해 구동되고 상기 차동 조립체를 구동하는 감속 유닛을 더 포함하는
트랜스미션. - 제16항에 있어서,
상기 감속 유닛은 상기 제1 및 제2 클러치 중 하나에 의해 선택적으로 구동되는 구동 스프로킷과, 피구동 스프로킷과, 상기 구동 스프로킷과 상기 피구동 스프로킷을 구동식으로 상호연결하는 가요성 구동 부재를 포함하는
트랜스미션. - 제17항에 있어서,
상기 피구동 스프로킷은 상기 제2 측부 기어와 함께 회전하도록 고정되는
트랜스미션. - 제18항에 있어서,
상기 제1 및 제2 측부 기어는 상기 입력 샤프트의 회전 축과 실질적으로 평행하고 오프셋된 공통 축을 중심으로 회전하는
트랜스미션. - 제19항에 있어서,
상기 제1 및 제2 클러치는 마찰 플레이트 클러치인
트랜스미션. - 제15항에 있어서,
상기 제1 및 제2 클러치 중 하나에 의해 구동되는 증속 기어 세트를 더 포함하고, 상기 증속 기어 세트는 제3 차량 차축에 토크를 전달하도록 구성되는
트랜스미션.
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