KR20120051524A

KR20120051524A - 차량용 자동 변속기의 기어 트레인

Info

Publication number: KR20120051524A
Application number: KR1020100113007A
Authority: KR
Inventors: 심휴태
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-22
Also published as: US8647228B2; CN102466003A; DE102011052436A1; DE102011052436B4; US20120122625A1; CN102466003B; KR101234641B1

Abstract

본 발명은 3개의 단순 유성기어셋트를 4개의 클러치와 3개의 브레이크로 조합하여 각 변속단에서 3개의 마찰요소가 작동되면서 전진 9속과 후진 1속을 구현할 수 있도록 함으로써, 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다.

Description

차량용 자동 변속기의 기어 트레인{GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 3개의 단순유성기어셋트를 4개의 클러치와 3개의 브레이크로 조합하여 적어도 전진 9속과 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있도록 차량용 자동 변속기의 기어 트레인에 관한 것이다.

예컨대, 차량용 자동 변속기는 토크 컨버터와, 이 토크 컨버터에 연결되어 있는 다단 변속기어 메카니즘인 기어 트레인을 보유하고 있으며, 차량의 주행상태에 따라 상기 기어 트레인의 작동요소 중 어느 하나의 작동요소를 선택적으로 작동시키기 위한 유압 제어장치를 보유하게 된다.

이러한 자동 변속기에 있어서, 본 발명이 관련하는 기어 트레인은 복수의 유성기어세트를 조합하여 구현되고 있으며, 이러한 복수의 유성기어세트가 조합된 기어 트레인은 토크 컨버터로부터 회전 동력을 입력받아 이를 변속하여 출력축에 전달하는 기능을 하게 된다.

이러한 자동 변속기에 있어서는 구현 가능한 변속단이 많을수록 보다 적절한 변속비의 설계가 가능할 뿐만 아니라 동력성능 및 연비 면에서 우수한 차량을 구현할 수 있기 때문에 보다 많은 변속단을 구현하는 자동변속기는 꾸준한 연구의 관심이 되고 있다.

그리고 동일 변속단을 구현한다고 하더라도 유성기어세트의 조합 방법에 따라 기어 트레인의 내구성, 동력전달효율, 크기 등이 달라지게 되어, 보다 견고하고, 동력손실이 없으며 보다 컴팩트한 기어 트레인 구성을 발명하기 위한 노력이 항시 진행되고 있다.

특히, 변속단이 많을수록 운전자가 변속을 자주 해주어야 하는 불편이 발생하는 수동 변속기와는 달리 자동 변속기는 운전 상태에 따라 제어유닛이 기어 트레인의 작동을 제어함으로써 변속을 수행하게 되므로, 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 기어 트레인의 구성을 찾는 노력이 계속되고 있다.

이러한 관점에서 볼 때, 현재 통상적으로 사용되고 있는 자동 변속기는 4속 및 5속 자동 변속기가 주류를 이루고 있으나, 최근에는 6속 자동 변속기가 실용화되고 있는 실정이며, 그 이상의 변속단을 구현할 수 있는 기어 트레인의 개발이 이루어지고 있다.

이에 따라 본 발명자는 상기와 같은 자동 변속기의 개발에 부응하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 본 발명의 목적은 3개의 단순유성기어셋트를 4개의 클러치와 3개의 브레이크로 조합하여 적어도 전진 9속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 자동 변속기의 구성을 간단히 하고, 동력 전달 성능을 향상시키며, 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공함에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 단순유성기어셋트로 이루어지는 제1,2,3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)를 조합하여 입력축(IS)과 직접 연결되어 항시 입력요소로 작동하는 제1 선기어(S1)로 이루어지는 제1 회전요소(N1)와;

감속 출력이 이루어지는 제1 중간 출력경로(MOP1)를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제1 유성 캐리어(PC1)로 이루어지는 제2 회전요소(N2)와;

역회전 출력이 이루어지는 제2 중간출력경로(MOP2)를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제1 링기어(R1)로 이루어지는 제3 회전요소(N3)와;

기 제1,2 중간출력경로(MOP1)(MOP2)와 선택적으로 가변 연결되어 제1 가변입력경로(VIP1)를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제2 링기어(R2)로 이루어지는 제4 회전요소(N4)와;

입력축(IS)과 가변적으로 연결되어 제2 가변입력경로(VIP2)를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 링기어(R3)로 이루어지는 제5 회전요소(N5)와;

출력기어(OG)와 연결되어 최종출력경로(OP)를 형성하는 제3 유성 캐리어(PC3)로 이루어지는 제6 회전요소(N6)와;

입력축(IS)과 가변적으로 연결되어 제3 가변입력경로(VIP3)를 형성하는 제2,3 선기어(S2)(S3)로 이루어지는 제7 회전요소(N7)를 보유하되,

각 회전요소를 선택적으로 상호 가변 연결하는 다수의 클러치(C1)(C2)(C3)와, 상기 각 회전요소 중 일부의 회전요소를 변속기 하우징(H)과 가변 연결하는 다수의 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 마찰부재를 구비하여 이루어지는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다.

상기에서 제1 클러치(C1)는 제3 회전요소(N3)와 제4 회전요소(N4)를 가변 연결하고, 제2 클러치(C2)는 입력축(IS)과 제7 회전요소(N7)를 가변 연결하며, 제3 클러치(C3)는 제2 회전요소(N2)와 제4 회전요소(N4)를 가변 연결하고, 제4 클러치(C4)는 입력축(IS)과 제5 회전요소(N5)를 가변 연결하며, 제1 브레이크(B1)는 제2 회전요소(N2)와 변속기 하우징(H)을 가변 연결하고, 제2 브레이크(B2)는 제5 회전요소(N5)와 변속기 하우징(H)을 가변 연결하며, 제3 브레이크(B3)는 제3 회전요소(N3)와 변속기 하우징(H)을 가변 연결함을 특징으로 한다.

상기에서 마찰부재는 전진 1속에서 제1 클러치(C1)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동되고, 전진 2속에서 제2 클러치(C2)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동되며, 전진 3속에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고, 전진 4속에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)와 제3 브레이크(B3)가 작동되며, 전진 5속에서 제2, 3 클러치(C2)(C3)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고, 전진 6속에서 제2, 4 클러치(C2)(C4)와 제3 브레이크(B3)가 작동되며, 전진 7속에서 제3, 4 클러치(C3)(C4)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고, 전진 8속에서 제1, 4 클러치(C1)(C4)와 제3 브레이크(B3)가 작동되며, 전진 9속에서 제1, 4 클러치(C1)(C4)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고, 후진에서 제3 클러치(C3)와 제2, 3 브레이크(B2)(B3)가 작동되면서 변속이 이루어짐을 특징으로 한다.

보다 구체적으로는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제1 선기어(S1), 제1 유성캐리어(PC1), 제1 링기어(R1)를 구비하는 제1 유성기어셋트(PG1)와; 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제2 선기어(S2), 제2 유성캐리어(PC2), 제2 링기어(R2)를 구비하는 제2 유성기어셋트(PG2)와; 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제3 선기어(S3), 제3 유성캐리어(PC3), 제3 링기어(R3)를 구비하는 제3 유성기어셋트(PG3)를 4개의 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)로 조합하되,

입력축(IS)와 제1 선기어(S2)를 직접 연결하고, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 링기어(R3)를 직접 연결하며, 제2 링기어(R2)와 제3 유성 캐리어(PC3)를 직접 연결함과 동시에 출력기어(OG)에 직접 연결한 상태에서,

제1 클러치(C1)는 제1 링기어(R1)와 제2 선기어(S2)를 가변 연결하고, 제2 클러치(C2)는 입력축(IS)과 제3 선기어(S3)를 가변 연결하며, 제3 클러치(C3)는 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 선기어(S2)를 가변 연결하고, 제4 클러치(C4)는 입력축(IS)과 제2 유성 캐리어(PC3)를 가변 연결하며, 제1 브레이크(B1)는 제1 유성 캐리어(PC1)와 변속기 하우징(H)을 가변 연결하고, 제2 브레이크(B2)는 제2 유성 캐리어(PC2)와 변속기 하우징(H)을 가변 연결하며, 제3 브레이크(B3)는 제1 링기어(R1)과 변속기 하우징(H)을 가변 연결하여 이루어지는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다.

상기와 같이 본 발명은 3개의 단순유성기어세트를 4개의 클러치와 3개의 브레이크로 조합하여 각 변속단에서 3개의 마찰요소가 작동 제어되면서 전진 9속 및 후진 1속 변속단을 구현하여 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 향상시킬 수 있게 된다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 의한 기어 트레인의 구성도.
도 2는 본 발명에 적용되는 마찰부재의 각 변속단별 작동표.
도 3은 본 발명에 의한 기어 트레인의 변속선도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.

하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 의한 기어 트레인의 구성도로서, 본 발명에 의한 기어 트레인은 동일축선상에 배치되는 제1, 2, 3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)와, 4개의 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)로 이루어지는 클러치 수단과, 그리고 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 브레이크 수단을 포함하여 이루어진다.

이에 따라 입력축(IS)으로부터 입력되는 회전이 상기 제1, 2, 3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)를 거치면서 변속되어 출력기어(OG)를 통해 출력되는데, 상기 제1 유성기어셋트(PG1)가 최후측에 배치되고, 그 전측으로 제2, 3 유성기어셋트(PG2)(PG3)가 순차적으로 배치된다.

상기에서 입력축(IS)은 입력부재로서 토크 컨버터의 터빈축을 의미하며, 이는 엔진 크랭크 축으로부터의 회전 동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어지면서 입력되고, 출력기어(OG)는 출력부재로서 공지의 차동장치를 통해 구동륜을 구동시키게 된다.

상기 제1 유성기어셋트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 공지와 같이 선기어, 유성 캐리어, 링기어로 이루어지는 3개의 회전요소를 보유하며, 설명의 편의상 상기 선기어를 제1 선기어(S1), 유성 캐리어를 제1 유성 캐리어(PC1), 링기어를 제1 링기어(R1)로 지칭한다.

상기 제1 유성기어셋트(PG1)는 제1 선기어(S1)가 압력축(IS)과 직접 연결되어 입력경로(IP)를 형성하는 제1 회전요소(N1)가 되고, 제1 유성 캐리어(PC1)가 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결됨과 동시에 제1 중간 출력경로(MOP1)를 형성하는 제2 회전요소(N2)가 되며, 제1 링기어(R1)가 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결됨과 동시에 제2 중간 출력경로(MOP2)를 형성하는 제3 회전요소(N3)를 형성하게 된다.

이에 따라 상기 제1 회전요소(N1)를 통해 항상 입력이 이루어지는 상태에서 상기 제2 회전요소(N2)가 고정요소로 작동하면 제2 중간 출력경로(MOP2)를 통해 역회전 출력이 이루어지고, 제3 회전요소(N3)가 고정요소로 작동하면 제1 중간 출력경로(MOP1)를 통해 감속 출력이 이루어지게 되는 것이다.

즉, 상기 제1 유성기어셋트(PG1)는 감속 및 역회전 출력이 이루어지는 감속용 유성기엇세트로서의 역할을 수행하게 되는 것이다.

상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 공지와 같이 선기어, 유성 캐리어, 링기어로 이루어지는 3개의 작동요소를 보유하며, 설명의 편의상 상기 선기어를 제2 선기어(S2), 유성 캐리어를 제2 유성 캐리어(PC2), 링기어를 제2 링기어(R2)로 지칭한다.

상기 제3 유성기어셋트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 공지와 같이 선기어, 유성 캐리어, 링기어로 이루어지는 3개의 작동요소를 보유하며, 설명의 편의상 상기 선기어를 제3 선기어(S3), 유성 캐리어를 제3 유성 캐리어(PC3), 링기어를 제3 링기어(R3)로 지칭한다.

그리고 상기 제2, 3 유성기어셋트(PG2)(PG3)는 제2 선기어(S2)와 제3 선기어(S3)가 직접적으로 연결되고, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 링기어(R3)가 직접적으로 연결됨으로써, 하나의 복합 유성기어셋트를 형성하면서 4개의 회전요소를 갖게 된다.

이에 따라 제2 링기어(R2)가 제4 회전요소(N4), 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 리기어(R3)가 제5 회전요소(N5), 제3 유성 캐리어(PC3)가 제6 회전요소(N6), 제2, 3 선기어(S2)(S3)가 제7 회전요소(N7)로 이루어진다.

그리고 상기 제4 회전요소(N4)인 제2 링기어(R2)는 상기 제2 회전요소(N2)의 제1 중간출력경로(MOP1)와, 제3 회전요소(N3)의 제2 중간 출력경로(MOP2)와 각각 가변적으로 연결되어 선택적으로 감속된 회전 동력 또는 역회전 회전동력을 전달받는 제1 가변 입력경로(VIP1)를 형성하게 된다.

상기 제5 회전요소(N5)인 제2 유성 캐리어(PC2) 및 제3 링기어(R3)는 상기 입력축(IS)과 가변적으로 연결되어 제2 가변 입력경로(VIP2)를 형성함과 동시에 변속기 하우징(H)과도 가변적으로 연결되어 선택적인 고정요소로 작동하게 된다.

상기 제6 회전요소(N6)인 제3 유성 캐리어(PC3)는 출력부재인 출력기어(OG)와 직접적으로 연결되어 최종 출력경로(OP)를 형성하게 된다.

상기 제7 회전요소(N7)인 제2,3 선기어(S2)(S3)는 상기 입력축(IS)과 가변적으로 연결되어 제3 가변 입력경로(VIP3)를 형성한다.

상기와 같이 조합함에 있어서 회전요소간의 가변적인 연결 및 변속기 하우징(H)과의 가변적인 연결을 위해서는 클러치(C1 ~ C4) 및 브레이크(B1 ~ B3)와 같은 마찰부재가 적용되는데, 이들 연결 관계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

즉, 제1 클러치(C1)는 제3 회전요소(N3)와 제4 회전요소(N4) 사이에 배치되고,

제2 클러치(C2)는 입력축(IS)과 제7 회전요소(N7) 사이에 배치되며,

제3 클러치(C3)는 제2 회전요소(N2)와 제4 회전요소(N4) 사이에 배치되고,

제4 클러치(C4)는 입력축(IS)과 제5 회전요소(N5) 사이에 배치되며,

제1 브레이크(B1)는 제2 회전요소(N2)와 변속기 하우징(H) 사이에 배치되고,

제2 브레이크(B2)는 제5 회전요소(N5)와 변속기 하우징(H) 사이에 배치되며,

제3 브레이크(B3)는 제3 회전요소(N3)와 변속기 하우징(H) 사이에 배치된다.

그리고 본 발명에서는 상기 제2 브레이크(B2)와 원웨이 클러치(F1)를 병렬 배치함으로써, 정상적인 전진 1속에서 제2 브레이크(B2) 대신에 원웨이 클러치(F1)가 작동함으로써, 전진 2속으로의 업 시프트시에 변속충격이 발생되지 않도록 하였다.

물론 상기에서 원웨이 클러치(F1)가 생략되는 경우에는 제2 브레이크(B2)가 작동되어야 한다.

상기와 같은 마찰부재를 배치함에 있어서, 제1,3 브레이크(B1)(B3)는 제1 유성기어셋트(PG1)의 외주측에 배치하고, 제1,3 클러치(C1)(C3)는 제1, 2 유성기어셋트(PG1)(PG2) 사이에 배치하며, 원웨이 클러치(F1)를 포함하는 제2 브레이크(B2)는 제2 유성기어셋트(PG2)의 외주측 또는 제2,3 유성기어셋트(PG2)(PG3) 사이에 배치하고, 제2, 4 클러치(C2)(C4)는 제3 유성기어셋트(PG3)의 엔진측에 배치된다.

상기와 같이 마찰부재들을 분산 배치하면, 이들 마찰부재에 공급되는 유압 유로의 형성이 용이하고, 중량 분포가 균일하여 자동 변속기 전체 중량 밸런스가 좋아지게 된다.

상기에서 제1, 2, 3, 4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 제1, 2, 3 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 마찰부재는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압 마찰 결합 유닛으로 이루어지는 것이 통상적이다.

도 2는 본 발명에 적용되는 마찰부재 즉, 클러치와 브레이크가 각 변속단에서 작동하는 것을 나타낸 작동표로서, 본 발명의 기어 트레인은 각 변속단에서 3개의 마찰부재가 작동하면서 변속이 이루어짐을 알 수 있다.

즉, 전진 1속에서 제1 클러치(C1)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동되고,

전진 2속에서 제2 클러치(C2)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동되며,

전진 3속에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고,

전진 4속에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)와 제3 브레이크(B3)가 작동되며,

전진 5속에서 제2, 3 클러치(C2)(C3)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고,

전진 6속에서 제2, 4 클러치(C2)(C4)와 제3 브레이크(B3)가 작동되며,

전진 7속에서 제3, 4 클러치(C3)(C4)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고,

전진 8속에서 제1, 4 클러치(C1)(C4)와 제3 브레이크(B3)가 작동되며,

전진 9속에서 제1, 4 클러치(C1)(C4)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고,

후진에서 제3 클러치(C3)와 제2, 3 브레이크(B2)(B3)가 작동되면서 변속이 이루어지게 된다.

물론 상기 전진 1,2속에서는 제2 브레이크(B2)를 작동시키지 않더라도 원웨이 클러치(F1)가 작동되면서 전진 1, 2속 변속이 이루어지게 되므로 일반적인 전진 주행에서는 제2 브레이크(B2)를 작동시키지 않고, L, 2 레인지에서와 같이 큰 구동력이 요구될 때 제2 브레이크(B2)가 작동되도록 하면 된다.

도 3은 본 발명에 의한 파워 트레인의 변속선도를 도시한 것으로서, 하측의 가로선이 회전속도 "0"을 나타내고, 상측의 가로선이 회전속도 "1.0" 즉, 입력축(IS)과 동일 회전속도를 나타낸다.

제1 유성기어셋트(PG1)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1), 제2 회전요소(N2)인 제1 유성 캐리어(PC1), 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R3)로 설정되며, 이들 간격은 제1 유성기어셋트(PG1)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.

제2, 3 유성기어셋트(PG2)(PG3)의 4개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제4 회전요소(N4)인 제2 링기어(R2), 제5 회전요소(N5)인 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 링기어(R3), 제6 회전요소(N6)인 제3 유성 캐리어(PC3), 제7 회전요소(N7)인 제2, 3 선기어(S2)(S3)로 설정되며, 이들 간격은 제2 유성기어셋트(PG2)(PG3)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.

상기와 같은 변속선도에서 각 회전요소의 위치 설정은 기어 트레인의 당업자라면 충분히 알 수 있는 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

[전진 1속]

전진 1속에서는 도 2에서와 같이 제1 클러치(C1)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동 제어된다.

이에 따라 제1 유성기어셋트(PG1)에서는 입력경로(IP)를 형성하는 제1 회전요소(N1)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제2 회전요소(N2)가 고정요소로 작동하여 제1 속도선(T1)을 형성하면서 제2 중간 출력경로(MOP2)를 형성하는 제3 회전요소(N3)를 통해 역회전 출력이 이루어진다.

상기 제2 중간 출력경로(MOP2)의 회전동력은 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제1 중간 입력경로(VIP1)를 통해 제4 회전요소(N4)로 입력이 이루어지게 되며, 이때 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제5 회전요소(N5)가 고정요소로 작동하면서 제1 변속선(SP1)을 형성하게 되며, 이의 제1 변속선(SP1)과 출력요소인 제6 회전요소(N6)의 세로선이 교차되는 D1 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 1속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 2속]

전진 2속에서는 상기 전진 1속의 상태에서 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고 제2 클러치(C2)가 작동 제어된다.

그러면 상기 제2 클러치(C2)의 작동으로 제3 가변 입력경로(VIP3)를 통해 제7 회전요소(N7)로 입력이 이루어지고, 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제5 회전요소(N5)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 제2 변속선(SP2)을 형성하게 되며, 이의 제2 변속선(SP2)과 출력요소인 제6 회전요소(N6)의 세로선이 교차되는 D2 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 2속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

이때 제1 유성기어셋트(PG1)에는 압력경로(IP)를 통해 입력은 이루어지지만 제2,3 유성기어셋트(PG2)(PG3)와 연결되는 제1,3 클러치(C1)(C3)가 작동하지 않으므로 변속에는 아무런 영향을 미치지 못한다.

그리고 상기 전진 1,2속에서 제2 브레이크(B2)가 작동 제어되는 것으로 설명하고 있으나, 제2 브레이크(B2)를 작동시키지 않더라도 원웨이 클러치(F1)가 제2 브레이크(B2)의 역할을 수행하게 되며, 전진 3속으로의 시프트 업시 변속감을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

[전진 3속]

전진 3속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 2속의 상태에서 제2 브레이크(B2)의 작동이 해제되고 제1 클러치(C1)의 작동 제어된다.

이러한 상태에서 상기 제2 클러치(C2)의 작동으로 제3 가변 입력경로(VIP3)를 통해 제7 회전요소(N7)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제4 회전요소(N3)가 제1 클러치(C1)의 작동으로 역회전 입력이 이루어지게 되는 바, 제3 변속선(SP3)을 형성하게 되며, 이의 제3 변속선(SP3)과 출력요소인 제6 회전요소(N6)의 세로선이 교차되는 D3 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 3속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 4속]

전진 4속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 3속의 상태에서 작동하던 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제3 브레이크(B3)가 작동 제어된다.

이에 따라 제1 유성기어셋트(PG1)에서는 입력경로(IP)를 형성하는 제1 회전요소(N1)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 브레이크(B3)의 작동으로 제3 회전요소(N2)가 고정요소로 작동하여 제2 속도선(T2)을 형성하게 되는데, 이때 제1 클러치(C1)의 작동으로 제4 회전요소(N4) 또한 고정요소로 작동하게 된다.

이러한 상태에서 제2 클러치(C2)의 작동으로 제3 가변입력경로(VIP3)를 통해 입력축(IS)의 회전동력이 이루어지게 되는 바. 제4 변속선(SP4)을 형성하게 되며, 이의 제4 변속선(SP4)과 출력요소인 제6 회전요소(N6)의 세로선이 교차되는 D4 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 4속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 5속]

전진 5속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 4속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동 제어된다.

이에 따라 제1 유성기어셋트(PG1)에서는 입력경로(IP)를 형성하는 제1 회전요소(N1)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 브레이크(B3)의 작동으로 제3 회전요소(N2)가 고정요소로 작동하여 제2 속도선(T2)을 형성하면서 제2 회전요소(N2)의 제1 중간출력경로(MOP1)를 통해 감속 출력이 이루어지게 된다.

그러면 제3 클러치(C3)의 작동으로 제1 가변입력경로(VIP1)를 통해 제4 회전요소(N4)로 감속 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제2 클러치(C2)의 작동으로 제3 가변입력경로(VIP3)를 통해 제7 회전요소(N7)로 입력축(IS)의 회전동력이 이루어지게 되는 바. 제5 변속선(SP5)을 형성하게 되며, 이의 제5 변속선(SP5)과 출력요소인 제6 회전요소(N6)의 세로선이 교차되는 D5 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 5속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 6속]

전진 6속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 5속의 상태에서 작동하던 제3 클러치(C3)의 작동이 해제되고, 제4 클러치(C4)가 작동 제어된다.

그러면 제2, 4 클러치(C2)(C4)의 작동에 의하여 입력축(IS)의 회전동력이 제3, 4 가변 입력경로(VIP3)(VIP4)를 통해 제5 회전요소(N5)와 제7 회전요소(N7)로 동시에 입력이 이루어지게 됨으로써, 제2,3 유성기어셋트(PG2)(PG3)는 직결의 상태가 되면서 제6 변속선(SP6)을 형성하게 되며, 이의 제6 변속선(SP6)과 출력요소인 제6 회전요소(N6)의 세로선이 교차되는 D6 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 6속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

즉, 입력 그대로 출력이 이루어지게 되는 것이며, 이때 제1 유성기어셋트(PG1)에는 압력경로(IP)를 통해 입력이 이루어지고, 제3 브레이크(B3)의 작동으로 제1 중간 출력경로(MOP1)를 통해 감속 출력이 이루어지지만 제3 클러치(C3)가 작동하지 않으므로 변속에는 아무런 영향을 미치지 못한다.

[전진 7속]

전진 7속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 6속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동 제어된다.

그러면 제3 클러치(C3)의 작동으로 제1 가변입력경로(VIP1)를 통해 제4 회전요소(N4)로 감속 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제4 클러치(C4)의 작동으로 제2 가변입력경로(VIP2)를 통해 제5 회전요소(N5)로 입력축(IS)의 회전동력이 이루어지게 되는 바, 제7 변속선(SP7)을 형성하게 되며, 이의 제7 변속선(SP7)과 출력요소인 제6 회전요소(N6)의 세로선이 교차되는 D7 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 7속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 8속]

전진 8속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 7속의 상태에서 작동하던 제3 클러치(C3)의 작동이 해제되고, 제1 클러치(C1)가 작동 제어된다.

이러한 상태에서 제4 클러치(C4)의 작동으로 제2 가변입력경로(VIP2)를 통해 제5 회전요소(N5)로 입력축(IS)의 회전동력이 이루어지게 되는 바, 제8 변속선(SP8)을 형성하게 되며, 이의 제8 변속선(SP8)과 출력요소인 제6 회전요소(N6)의 세로선이 교차되는 D8 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 8속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 9속]

전진 9속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 8속의 상태에서 작동하던 제3 브레이크(B3)의 작동이 해제되고, 제1 브레이크(B1)가 작동 제어된다.

상기 제2 중간 출력경로(MOP2)의 회전동력은 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제1 중간 입력경로(VIP1)를 통해 제4 회전요소(N4)로 입력이 이루어지게 되며, 이때 제4 클러치(C4)의 작동으로 제5 회전요소(N5)로 입력축(IS)의 회전동력이 입력되는 바, 제9 변속선(SP9)을 형성하게 되며, 이의 제9 변속선(SP9)과 출력요소인 제6 회전요소(N6)의 세로선이 교차되는 D9 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 9속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[후진]

후진에서는 도 2에서와 같이 제3 클러치(C3)와 제2, 3 브레이크(B2)(B3)가 작동 제어된다.

그러면 제3 클러치(C3)의 작동으로 제1 가변입력경로(VIP1)를 통해 제4 회전요소(N4)로 감속 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제5 회전요소(N5)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 후진 변속선(RS)을 형성하게 되며, 이의 후진 변속선(RS)과 출력요소인 제6 회전요소(N6)의 세로선이 교차되는 REV 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 변속이 이루어지게 되는 것이다.

상기에서와 같이 본 발명에 의하면, 3개의 단순유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)를 4개의 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)로 조합하여 전진 9속 및 후진 1속의 변속단을 실현할 수 있는 바, 자동 변속기의 다단화로 동력전달효율을 높이고, 그에 따른 연비를 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 마찰부재인 다수의 클러치와 브레이크를 분산 배치함으로써, 이들 마찰부재에 공급되는 유압 유로의 형성이 용이하고, 중량 분포가 균일하여 자동 변속기 전체 중량 밸런스가 좋아지게 되는 것이다.

이상에서는 본 발명의 특정 실시예들을 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 하는 것은 당연하다.

PG1,PG2,PG3...제1,2,3 유성기어셋트
S1,S2,S3... 제1,2,3 선기어
PC1,PC2,PC3...제1,2,3 유성 캐리어
R1,R2,R3... 제1,2,3 링기어
IP... 입력경로
IS... 입력축
VIP1,VIP2,VIP3,VIP4...제1,2,3,4 가변입력경로
MOP1,MOP2...제1,2 중간출력경로
OG... 출력기어
OP...최종 출력경로

Claims

단순유성기어셋트로 이루어지는 제1,2,3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)를 조합하여 입력축(IS)과 직접 연결되어 항시 입력요소로 작동하는 제1 선기어(S1)로 이루어지는 제1 회전요소(N1)와;
감속 출력이 이루어지는 제1 중간 출력경로(MOP1)를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제1 유성 캐리어(PC1)로 이루어지는 제2 회전요소(N2)와;
역회전 출력이 이루어지는 제2 중간출력경로(MOP2)를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제1 링기어(R1)로 이루어지는 제3 회전요소(N3)와;
기 제1,2 중간출력경로(MOP1)(MOP2)와 선택적으로 가변 연결되어 제1 가변입력경로(VIP1)를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제2 링기어(R2)로 이루어지는 제4 회전요소(N4)와;
입력축(IS)과 가변적으로 연결되어 제2 가변입력경로(VIP2)를 형성함과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 링기어(R3)로 이루어지는 제5 회전요소(N5)와;
출력기어(OG)와 연결되어 최종출력경로(OP)를 형성하는 제3 유성 캐리어(PC3)로 이루어지는 제6 회전요소(N6)와;
입력축(IS)과 가변적으로 연결되어 제3 가변입력경로(VIP3)를 형성하는 제2,3 선기어(S2)(S3)로 이루어지는 제7 회전요소(N7)를 보유하되,
각 회전요소를 선택적으로 상호 가변 연결하는 다수의 클러치(C1)(C2)(C3)와, 상기 각 회전요소 중 일부의 회전요소를 변속기 하우징(H)과 가변 연결하는 다수의 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 마찰부재를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제1항에 있어서, 제1,2,3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제1항에 있어서, 제1 클러치(C1)는 제3 회전요소(N3)와 제4 회전요소(N4)를 가변 연결하고,
제2 클러치(C2)는 입력축(IS)과 제7 회전요소(N7)를 가변 연결하며,
제3 클러치(C3)는 제2 회전요소(N2)와 제4 회전요소(N4)를 가변 연결하고,
제4 클러치(C4)는 입력축(IS)과 제5 회전요소(N5)를 가변 연결하며,
제1 브레이크(B1)는 제2 회전요소(N2)와 변속기 하우징(H)을 가변 연결하고,
제2 브레이크(B2)는 제5 회전요소(N5)와 변속기 하우징(H)을 가변 연결하며,
제3 브레이크(B3)는 제3 회전요소(N3)와 변속기 하우징(H)을 가변 연결함을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제3항에 있어서, 제2 브레이크(B2)는 병렬 배치되는 원웨이 클러치(F1)를 포함함을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제1항 또는 제3항에 있어서, 마찰부재는
전진 1속에서 제1 클러치(C1)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동되고,
전진 2속에서 제2 클러치(C2)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동되며,
전진 3속에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고,
전진 4속에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)와 제3 브레이크(B3)가 작동되며,
전진 5속에서 제2, 3 클러치(C2)(C3)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고,
전진 6속에서 제2, 4 클러치(C2)(C4)와 제3 브레이크(B3)가 작동되며,
전진 7속에서 제3, 4 클러치(C3)(C4)와 제3 브레이크(B3)가 작동되고,
전진 8속에서 제1, 4 클러치(C1)(C4)와 제3 브레이크(B3)가 작동되며,
전진 9속에서 제1, 4 클러치(C1)(C4)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고,
후진에서 제3 클러치(C3)와 제2, 3 브레이크(B2)(B3)가 작동되면서 변속이 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제1 선기어(S1), 제1 유성캐리어(PC1), 제1 링기어(R1)를 구비하는 제1 유성기어셋트(PG1)와; 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제2 선기어(S2), 제2 유성캐리어(PC2), 제2 링기어(R2)를 구비하는 제2 유성기어셋트(PG2)와; 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제3 선기어(S3), 제3 유성캐리어(PC3), 제3 링기어(R3)를 구비하는 제3 유성기어셋트(PG3)를 4개의 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)로 조합하되,
입력축(IS)와 제1 선기어(S2)를 직접 연결하고, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 링기어(R3)를 직접 연결하며, 제2 링기어(R2)와 제3 유성 캐리어(PC3)를 직접 연결함과 동시에 출력기어(OG)에 직접 연결한 상태에서,
제1 클러치(C1)는 제1 링기어(R1)와 제2 선기어(S2)를 가변 연결하고,
제2 클러치(C2)는 입력축(IS)과 제3 선기어(S3)를 가변 연결하며,
제3 클러치(C3)는 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 선기어(S2)를 가변 연결하고,
제4 클러치(C4)는 입력축(IS)과 제2 유성 캐리어(PC3)를 가변 연결하며,
제1 브레이크(B1)는 제1 유성 캐리어(PC1)와 변속기 하우징(H)을 가변 연결하고,
제2 브레이크(B2)는 제2 유성 캐리어(PC2)와 변속기 하우징(H)을 가변 연결하며,
제3 브레이크(B3)는 제1 링기어(R1)과 변속기 하우징(H)을 가변 연결하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제6항에 있어서, 제2 브레이크(B2)는 병렬 배치되는 원웨이 클러치(F1)를 포함함을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.