KR20140049469A - 트랜스미션 - Google Patents

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댄 카피
데이비드 엠. 지니
존 에이. 다이머
피트 알. 가르시아
테진더 싱
보리스 버그맨
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지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
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Abstract

트랜스미션은 입력 부재, 출력 부재, 4개의 유성 기어 세트, 복수의 커플링 부재 및 복수의 토크 전달 장치를 갖는 것으로 제공된다. 토크 전달 장치는 복수의 전진 속도비 및 하나의 후진 속도비를 확립하도록 2가지의 조합으로 작동가능한 선택가능한 일방향 클러치를 포함하는 클러치 및 브레이크를 구비한다.

Description

트랜스미션{MULTI-SPEED TRANSMISSION}
본 출원은 2012년 10월 17일자로 출원된 미국 가출원 61/715,002호를 우선권으로 한다. 상기 출원의 개시내용은 본원에 참고로 편입된다.
본 발명은 일반적으로 복수의 유성 기어 세트 및 복수의 토크 전달 장치를 갖는 다단 트랜스미션에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 9단, 4개의 유성 기어 세트 및 복수의 토크 전달 장치를 갖는 트랜스미션에 관한 것이다.
본란에서의 기재내용은 본 개시내용에 관한 배경 정보를 제공하며, 종래기술을 구성할 수 있거나 구성하지 않을 수 있다.
일반적인 다단 트랜스미션은 마찰 클러치, 유성 기어 배열체 및 고정된 상호연결부의 조합을 사용하여 복수의 기어비를 성취한다. 일반적으로, 유성 기어 세트의 개수 및 물리적 배열은 패키징, 비용 및 소정의 속도비에 의해 좌우된다.
현재의 트랜스미션이 의도된 목적을 성취하지만, 특히 효율, 응답성 및 매끄러움 그리고 개선된 패키징, 주로 감소된 사이즈 및 중량에 대한 관점으로부터 개선된 성능을 나타내는 신규하고 개선된 트랜스미션 구성에 대한 필요성이 필수적으로 존재한다. 따라서, 개선되고, 비용 효율적이며, 콤팩트한 다단 트랜스미션에 대한 필요성이 있다.
입력 부재, 출력 부재, 4개의 유성 기어 세트, 복수의 커플링 부재 및 복수의 토크 전달 장치를 갖는 트랜스미션이 제공된다. 토크 전달 장치는, 예컨대 클러치와 브레이크이며, 하나 이상의 선택가능한 일방향 클러치를 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 입력 부재; 출력 부재; 제1, 제2, 제3 및 제4 유성 기어 세트; 상기 제1, 제2 및 제3 유성 기어 세트 중 하나에 그리고 상기 제1, 제2 및 제3 유성 기어 세트 중 다른 하나에 직접적으로 각각 연결된 3개의 상호연결 부재; 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 유성 기어 세트 중 하나 이상을 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 유성 기어 세트 중 다른 하나 이상 그리고 고정 부재와 상호연결하도록 선택적으로 각각 결합가능한 7개의 토크 전달 장치를 갖는 트랜스미션이 제공된다. 상기 토크 전달 장치는 상기 입력 부재와 상기 출력 부재 사이에서 복수의 전진 속도비 및 하나 이상의 후진 속도비를 확립하도록 2가지 이상의 조합으로 선택적으로 결합가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 7개의 토크 전달 기구 중 하나는, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 유성 기어 세트 중 하나를 상기 고정 부재에 선택적으로 결합하는 선택가능한 일방향 클러치이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제1, 제2 및 제3 유성 기어 세트 각각은 제1 부재, 제2 부재 및 제3 부재를 구비하고, 상기 제4 유성 기어 세트는 태양 기어와 캐리어 부재 중 하나에 각각 대응하는 제1 부재와 제2 부재만을 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제4 유성 기어 세트의 제1 부재 및 상기 제3 유성 기어 세트의 제1 및 제3 부재 각각은 하나 이상의 공통의 단차형 피니언과 맞물린다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 3개의 상호연결 부재는 상기 제1 유성 기어 세트의 제1 부재를 상기 제2 유성 기어 세트의 제2 부재와 연속적으로 상호연결하는 제1 상호연결 부재를 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 3개의 상호연결 부재는 상기 제1 유성 기어 세트의 제2 부재를 상기 제3 유성 기어 세트의 제3 부재와 연속적으로 상호연결하는 제2 상호연결 부재를 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 3개의 상호연결 부재는 상기 제2 유성 기어 세트의 제3 부재를 상기 제3 유성 기어 세트의 제2 부재와 연속적으로 상호연결하는 제3 상호연결 부재를 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제3 및 제4 유성 기어 세트의 제2 부재들은 회전식으로 함께 결합된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 7개의 토크 전달 기구 중 첫 번째는 상기 제3 유성 기어 세트의 제1 부재를 상기 입력 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 7개의 토크 전달 기구 중 두 번째는 상기 제2 유성 기어 세트의 제3 부재, 상기 제3 유성 기어 세트의 제2 부재 및 상기 제4 유성 기어 세트의 제2 부재를, 상기 제2 유성 기어 세트의 제1 부재 및 상기 입력 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 7개의 토크 전달 기구 중 세 번째는 상기 제3 유성 기어 세트의 제2 부재 및 상기 제4 유성 기어 세트의 제2 부재를 상기 제4 유성 기어 세트의 제1 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 7개의 토크 전달 기구 중 네 번째는 상기 제3 유성 기어 세트의 제1 부재를 상기 고정 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 7개의 토크 전달 기구 중 다섯 번째는 상기 제4 유성 기어 세트의 제1 부재를 상기 고정 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 7개의 토크 전달 기구 중 여섯 번째는 상기 제4 유성 기어 세트의 제2 부재, 상기 제3 유성 기어 세트의 제2 부재 및 상기 제2 유성 기어 세트의 제3 부재를 상기 고정 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능한 선택가능한 일방향 클러치이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 7개의 토크 전달 장치 중 일곱 번째는 상기 제1 유성 기어 세트의 제2 부재를 상기 고정 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제1 유성 기어 세트의 제3 부재, 상기 제2 유성 기어 세트의 제1 부재, 상기 제3 유성 기어 세트의 제1 부재 및 상기 제4 유성 기어 세트의 제1 부재는 태양 기어이고; 상기 제1 유성 기어 세트의 제2 부재, 상기 제2 유성 기어 세트의 제2 부재, 상기 제3 유성 기어 세트의 제2 부재 및 상기 제4 유성 기어 세트의 제2 부재는 캐리어 부재이며; 그리고 상기 제1 유성 기어 세트의 제1 부재, 상기 제2 유성 기어 세트의 제3 부재 및 상기 제3 유성 기어 세트의 제3 부재는 링 기어이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제3 및 제4 유성 기어 세트의 제2 부재들 양자는 하나 이상의 단차형 피니언 부재를 지지한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 출력 부재는 상기 제1 유성 기어 세트의 제2 부재 및 상기 제3 유성 기어 세트의 제3 부재와 연속적으로 상호연결된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 입력 부재는 상기 제2 유성 기어 세트의 제1 부재에 연속적으로 연결된다.
본 발명의 또 다른 특징, 관점 및 이점은 하기의 설명 및 첨부한 도면을 참조하면 명확해지며, 동일한 참조부호는 동일한 구성요소, 요소 또는 특징을 지칭한다.
본원에 기술된 도면은 단지 예시를 목적으로 하며, 본 개시내용의 범위를 제한할 의도의 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 9단 트랜스미션의 레버 다이어그램,
도 2는, 본 발명의 원리에 따른 9단 트랜스미션의 일 실시예에 대한 개략도,
도 3a는 본 발명의 원리에 따른 도 1에 도시한 트랜스미션용 트랜스퍼 기구를 도시한 도면,
도 3b는 본 발명의 원리에 따른 도 1에 도시한 트랜스미션용 또 다른 트랜스퍼 기구를 도시한 도면, 및
도 4는, 도 1-2에 도시한 트랜스미션의 유용한 전진 및 후진 속도비 또는 기어비 각각에서 각종 토크 전달 요소의 결합 상태를 제공하는 진리표.
하기의 설명은 단지 예시적인 것이며, 본 개시내용, 적용 또는 용도를 제한한 의도의 것이 아니다.
우선, 본 발명의 다단 자동 트랜스미션에 관한 실시예는 4개의 유성 기어 세트의 요소들 사이에 영구적인 기계식 연결부에 대한 배열을 가지는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 제1 유성 기어 세트의 제1 구성요소(또는 요소)는 제2 유성 기어 세트의 제2 구성요소(또는 요소)에 영구적으로 결합된다. 제1 유성 기어 세트의 제2 구성요소(또는 요소)는 제3 유성 기어 세트의 제3 구성요소(또는 요소) 및 제4 유성 기어 세트의 제3 구성요소(또는 요소)에 영구적으로 결합된다. 제2 유성 기어 세트의 제3 구성요소(또는 요소)는 제3 유성 기어 세트의 제2 구성요소(또는 요소) 및 제4 유성 기어 세트의 제2 구성요소(또는 요소)에 영구적으로 결합된다. 제3 유성 기어 세트의 제2 구성요소(또는 요소)는 제4 유성 기어 세트의 제2 구성요소(또는 요소)에 영구적으로 결합된다. 제3 유성 기어 세트의 제3 구성요소(또는 요소)는 제4 유성 기어 세트의 제3 구성요소(또는 요소)에 영구적으로 결합된다.
도 1은 9단 트랜스미션(10)의 일 실시예를 레버 다이아그램 포맷으로 도시한다. 레버 다이아그램은 자동 트랜스미션과 같은 기계 장치의 구성요소에 대한 개략도이다. 각각의 별개의 레버는 유성 기어 세트를 나타내며, 유성 기어 세트의 3개의 기본적인 기계 부품은 노드에 의해 각각 나타낸다. 따라서, 단일의 레버는 3개의 노드, 즉 태양 기어용, 유성 기어 캐리어용 및 링 기어용을 포함한다. 일부 경우에, 2개의 레버는 3개 이상의 노드(일반적으로, 4개의 노드)를 갖는 단일 레버로 조합될 수 있다. 예를 들면, 2개의 상이한 레버 상의 2가지의 노드가 고정된 연결부를 통해 상호연결되면, 단일 레버 상의 단일 노드로서 나타낼 수 있다. 각각의 레버의 노드들 사이의 상대 길이는 각각의 기어 세트의 링 대 태양 비를 나타내는데 사용될 수 있다. 결국, 이러한 레버비(lever ratios)는 적절한 비율 및 비율 진행을 성취하기 위해 트랜스미션의 기어 비를 변경하는데 사용된다. 각종 유성 기어 세트의 노드들 사이의 기계식 커플링 또는 상호연결부는 얇은 수평방향 라인으로 나타내고, 클러치 및 브레이크 등의 토크 전달 장치는 인터리브형 핑거(interleaved fingers)로서 제공된다. 레버 다이어그램의 포맷, 목적 및 용도에 대한 또 다른 설명은 Benford and Leising에 의한 SAE Paper 810102, "The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis"에서 알 수 있으며, 이는 본원에 참조로 편입된다.
트랜스미션(10)은 입력 샤프트(또는 부재)(12), 제1 유성 기어 세트(14), 제2 유성 기어 세트(16), 제3 유성 기어 세트(18) 및 제4 유성 기어 세트(20) 그리고 출력 샤프트(또는 부재)(22)를 구비한다. 제1 유성 기어 세트(14)는 3개의 노드, 즉 제1 노드(14A), 제2 노드(14B) 및 제3 노드(14C)를 갖는다. 제2 유성 기어 세트(16)는 3개의 노드, 즉 제1 노드(16A), 제2 노드(16B) 및 제3 노드(16C)를 갖는다. 도 1의 레버 다이아그램에서, 제3 유성 기어 세트(18) 및 제4 유성 기어 세트(20)를 위한 레버는 단일의 4개의 노드 레버, 즉 제1 노드(18A), 제2 노드(20A), 제3 노드(18B, 20B) 및 제4 노드(18C, 20C)로 조합되어 있다. 이에 따라, 제3 유성 기어 세트(18)의 제2 부재(18B)는 제4 유성 기어 세트(20)의 제2 부재(20B)에 직접 결합되고, 제3 유성 기어 세트(18)의 제3 부재(18C)는 제4 유성 기어 세트(20)의 제3 부재(20C)에 직접 결합된다.
입력 부재(12)는 제2 유성 기어 세트(16)의 제1 노드(16A)에 연속적으로 결합된다. 출력 부재(22)는 제1 유성 기어 세트(14)의 제2 노드(14B) 그리고 제3 및 제4 유성 기어 세트(18, 20)의 조합된 레버의 제4 노드(18C, 20C)에 결합된다. 제1 유성 기어 세트(14)의 제1 노드(14A)는 제2 유성 기어 세트(16)의 제2 노드(16B)에 결합된다. 제2 유성 기어 세트(16)의 제3 노드(16C)는 제3 및 제4 유성 기어 세트(18, 20)의 조합된 레버의 제3 노드(18B, 20B)에 결합된다.
제1 클러치(24)는 제2 유성 기어 세트(16)의 제1 노드(16A) 및 입력 부재(또는 샤프트)(12)를, 제3 및 제4 유성 기어 세트(18, 20)의 조합된 레버의 제1 노드(18A)와 선택적으로 연결한다. 제2 클러치(26)는 제2 유성 기어 세트(16)의 제1 노드(16A) 및 입력 부재(또는 샤프트)(12)를, 제3 및 제4 유성 기어 세트(18, 20)의 조합된 레버의 제3 노드(18B, 20B) 및 제2 유성 기어 세트(16)의 제3 노드(16C)와 선택적으로 연결한다. 제3 클러치(28)는 제3 및 제4 유성 기어 세트(18, 20)의 조합된 레버의 제3 노드(18B, 20B)를, 제4 유성 기어 세트(20)의 제1 노드(20A)와 선택적으로 연결한다. 제3 클러치(28)는, 제3 클러치(28)가 노드(18A, 20A, 18B, 20B, 18C, 20C) 중 하나를 노드(18A, 20A, 18B, 20B, 18C, 20C) 중 다른 하나와 연결하는 한, 각종 다른 구성을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제3 클러치(28)는 제거된다. 본 구성에서, 트랜스미션(10)은 완전히 기능적인 8단 트랜스미션이다. 제1 브레이크(30)는 제3 및 제4 유성 기어 세트(18, 20)의 조합된 레버의 제1 노드(18A)를, 고정 부재(또는 트랜스미션 하우징)(50)와 선택적으로 연결한다. 제2 브레이크(32)는 제3 및 제4 유성 기어 세트(18, 20)의 조합된 레버의 제2 노드(20A)를, 고정 부재(또는 트랜스미션 하우징)(50)와 선택적으로 연결한다. 제3 브레이크(또는 선택가능한 일방향 클러치(selectable one-way clutch: SOWC))(34)는 제3 및 제4 유성 기어 세트(18, 20)의 조합된 레버의 제3 노드(18B, 20B) 및 제2 유성 기어 세트(16)의 제3 노드(16C)를, 고정 부재(또는 트랜스미션 하우징)(50)와 선택적으로 연결한다. 변형 실시예에서, 제3 브레이크(34)는 마찰 클러치, 도그 클러치 또는 싱크로나이저이다. 제4 브레이크(36)는 제1 유성 기어 세트(14)의 제3 노드(14C)를, 고정 부재(또는 트랜스미션 하우징)(50)와 선택적으로 연결한다.
도 2는 본 발명에 따른 9단 트랜스미션(10)의 일 실시예에 대한 개략적인 레이아웃을 제공하는 스틱 다이아그램(stick diagram)이다. 도 2에서, 도 1의 레버 다이아그램으로부터의 넘버링이 제공된다. 클러치 및 커플링이 대응하게 제공되는 반면, 유성 기어 세트의 노드들은 태양 기어, 링 기어, 유성 기어 및 유성 기어 캐리어와 같은 유성 기어 세트의 구성요소로서 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에서, 제4 유성 기어 세트(14, 16, 18, 20)는 후술하는 바와 같이 단순한 유성 기어 세트이다. 그러나, 본 발명은 단순한 유성 기어 세트를, 단일 캐리어 부재에 의해 지지되는 유성 피니언 중 하나 이상의 세트를 갖는 모든 복합 유성 기어 세트 또는 그 조합으로 대체하는 다른 실시예를 고려한다.
예를 들면, 유성 기어 세트(14)는 태양 기어 부재(14C), 링 기어 부재(14A) 및 유성 기어의 세트(14D)(그 중 하나만이 도시됨)를 회전가능하게 지지하는 유성 기어 캐리어 부재(14B)를 구비한다. 태양 기어 세트(14C)는 제1 샤프트(또는 상호연결 부재)(42)와 공통 회전을 위해 연결된다. 링 기어 부재(14A)는 제2 샤프트(또는 상호연결 부재)(44)와 공통 회전을 위해 연결된다. 유성 기어 캐리어 부재(14B)는 제3 샤프트(또는 상호연결 부재)(46) 및 출력 부재(또는 샤프트)(22)와 공통 회전을 위해 연결된다. 유성 기어(14D) 각각은 태양 기어 부재(14C)와 링 기어 부재(14A) 양자와 서로 맞물리도록 구성된다.
유성 기어 세트(16)는 태양 기어 부재(16A), 링 기어 부재(16C) 및 유성 기어의 세트(16D)(그 중 하나만이 도시됨)를 회전가능하게 지지하는 유성 기어 캐리어 부재(16B)를 구비한다. 태양 기어 부재(16A)는 입력 부재(또는 샤프트)(12)와 공통 회전을 위해 연결된다. 링 기어 부재(16C)는 제4 샤프트(또는 상호연결 부재)(48)와 공통 회전을 위해 연결된다. 유성 기어 캐리어 부재(16B)는 제2 샤프트(또는 상호연결 부재)(44)와 공통 회전을 위해 연결된다. 유성 기어(16D) 각각은 태양 기어 부재(16A)와 링 기어 부재(16C) 양자와 서로 맞물리도록 구성된다.
유성 기어 세트(18)는 태양 기어 부재(18A), 링 기어 부재(18C) 및 단차형 유성 기어의 세트(18D)(그 중 하나만이 도시됨)를 회전가능하게 지지하는 유성 기어 캐리어 부재(18B)를 구비한다. 단차형 피니언(18D) 각각은 2개의 상이한 직경부(49, 51)를 가지며, 각 직경부는 기어 세트(18, 20) 중 하나에 각각 대응한다. 태양 기어 부재(18A)는 제5 샤프트(또는 상호연결 부재)(52)와 공통 회전을 위해 연결된다. 링 기어 부재(18C)는 제3 샤프트(또는 상호연결 부재)(46)와 공통 회전을 위해 연결된다. 유성 기어 캐리어 부재(18B)는 제4 샤프트(또는 상호연결 부재(48) 및 제6 샤프트(또는 상호연결 부재)(54)와 공통 회전을 위해 연결된다. 단차형 유성 기어(18D) 각각은, 후술하는 바와 같이 태양 기어 부재(18A) 및 링 기어 부재(18C) 양자 그리고 유성 기어 세트(20)와 맞물리도록 구성된다.
유성 기어 세트(20)는 태양 기어 부재(20A) 및 단차형 유성 기어의 세트(18D)(그 중 하나만이 도시됨)를 회전가능하게 지지하는 유성 기어 캐리어 부재(20B)를 구비한다. 태양 기어 부재(20A)는 제7 샤프트(또는 상호연결 부재)(56)와 공통 회전을 위해 연결된다. 유성 기어 캐리어 부재(20B)는 제6 샤프트(또는 상호연결 부재)(54) 및 제8 샤프트(또는 상호연결 부재)(58)와 공통 회전을 위해 연결된다. 단차형 유성 기어(18D) 각각은 태양 기어 부재(20A)와 서로 맞물리도록 구성된다. 유성 기어 세트(20)는 링 기어 부재를 구비하지 않아서, 유성 기어 세트의 비용 및 패키징 요건을 감소시킨다.
토크 전달 기구(또는 클러치(24, 26, 28) 및 브레이크(30, 32, 34, 36)들은, 샤프트들(또는 상호연결 부재들), 유성 기어 세트들의 부재들 및 하우징에 대한 선택적인 상호연결을 허용한다. 클러치(24, 26, 28) 및 브레이크(30, 32, 36)는 마찰, 도그 또는 싱크로나이저 타입의 기구 등인 반면, 브레이크(34)는 SOWC이다. 예를 들면, 제1 클러치(24)는 입력 부재(또는 샤프트)(12)를 제5 샤프트(또는 상호연결 부재)(52)와 연결하도록 선택적으로 결합가능하다. 제2 클러치(26)는 입력 부재(또는 샤프트)(12)를 제4 샤프트(또는 상호연결 부재)(48)와 연결하도록 선택적으로 결합가능하다. 제3 클러치(28)는 제7 샤프트(또는 상호연결 부재)(56)를 제8 샤프트 또는 상호연결 부재(58)와 연결하도록 선택적으로 결합가능하다. 일 실시예에서, 제3 클러치(28)는 작동 기어(피스톤)이 회전하지 않는 위치에 있는 베어링 조립체를 통해 적용된다. 제1 브레이크(30)는 제5 샤프트(또는 상호연결 부재)(52)를 고정 부재(또는 트랜스미션 하우징)(50)와 연결하도록 선택적으로 결합가능하여, 상호연결 부재(52)가 트랜스미션 하우징(50)에 대해 회전하는 것을 구속한다. 제2 브레이크(32)는 제7 샤프트(또는 상호연결 부재)(56)를 고정 부재(또는 트랜스미션 하우징)(50)와 연결하도록 선택적으로 결합가능하여, 상호연결 부재(56)가 트랜스미션 하우징(50)에 대해 회전하는 것을 구속한다. 제3 브레이크(또는 SOWC)(34)는 제8 샤프트(또는 상호연결 부재)(58)를 고정 부재(또는 트랜스미션 하우징)(50)와 연결하도록 선택적으로 결합가능하여, 상호연결 부재(58)가 트랜스미션 하우징(50)에 대해 회전하는 것을 구속한다. 제4 브레이크(36)는 제1 샤프트(또는 상호연결 부재)(42)를 고정 부재(또는 트랜스미션 하우징)(50)와 연결하도록 선택적으로 결합가능하여, 상호연결 부재(42)가 트랜스미션 하우징(50)에 대해 회전하는 것을 구속한다.
SOWC(34)는 일반적으로 일방향 클러치 기구(70)와, 로킹 기구(72)를 구비한다. 클러치 기구(70)는 일반적으로 고정 부재(50)에 연결된 입력부(74)와, 제8 샤프트(또는 상호연결 부재)(58)에 연결된 출력부(76)를 구비한다. 클러치 기구(70)는, 이에 한정되지는 않지만, 롤러, 폴(pawl), 스프래그(sprag), 기계식 다이오드 및 로커 클러치를 포함하는 임의 타입의 일방향 클러치일 수 있다. 로킹 기구(72)는 클러치 기구(70)를 선택적으로 로킹 및 언로킹하며, 로커, 다이오드, 스트럿(strut) 또는 도크 클러치 타입의 로킹 기구를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 선택가능한 일방향 클러치의 몇 가지 예는 SAE Paper No. SAE-2009-01-0509에 기술되어 있으며, 이는 본원에 참고로 전체적으로 편입된다.
SOWC(34)가 언로킹되면, SOWC(34)는 출력부(76)가 입력부(74)에 대해 제1 회전방향으로 자유롭게 회전할 수 있지만, 입력부(74)에 대해 반대방향인 제2 회전방향으로 자유롭게 회전할 수 있는 종래의 일방향 클러치와 동일한 방식으로 작동한다. 로킹 기구(72)가 결합 또는 로킹되면, 출력부(76)는 입력부(74)에 대해 어느 회전방향으로도 회전할 수 없다. SOWC(34)는 최대 4가지의 작동 모드를 구비할 수 있음을 알아야 한다. 예를 들면, SOWC(34)는 개방 위치를 구비할 수도 있다. 개방 위치에서, 로킹 기구(72)는 입력부(74)로부터 출력부(76)를 양자의 회전방향으로 언로킹한다. 또한, SOWC(34)는, SOWC(34)가 출력부(76)를 입력부(74)에 대해 제2 회전방향으로 자유롭게 회전하게 허용하지만, 출력부(76)가 입력부(74)에 대해 제1 회전방향으로 자유롭게 회전하게 허용하지 않는 또 다른 언로킹 위치를 구비할 수도 있다.
입력 부재(또는 샤프트)(12)는 시동 장치(80)와 같은 토크 컨버터에 연속적으로 연결되고, 출력 부재(또는 샤프트)(22)는 출력 트랜스퍼 기구(90)에 연속적으로 연결된다. 시동 장치(80)는 트랜스미션 하우징(50)에 결합된 하우징(81) 내에 수용된 토러스(82)를 구비한다. 토러스(82)는, 토러스가 일방향으로만 회전하게 보장하는 일방향 클러치(84)를 통해 고정자에 연결된다. 또한, 토러스(82)는 샤프트 또는 부재(85)에 의해 자동차 엔진에도 연결된다. 시동 장치(80)는 2개의 스프링/댐퍼(86A, 86B)를 갖는 듀얼 스프링/댐퍼 조립체(86)를 더 구비한다. 스프링/댐퍼 조립체(86)는 클러치(87)를 갖는 토러스(82)에 선택적으로 결합되어, 트랜스미션(10)으로의 진동 전달을 최소화한다. 또한, 엔진으로부터의 토크는 클러치(87)가 결합될 때 트랜스미션(10)에 전달된다. 다른 실시예에서, 시동 장치(80)는 슬립 효과를 받으며, 록업 클러치, 습식 또는 건식 마찰 클러치 또는 P2 전기 모터 장치를 선택적으로 구비하는 유체 클러치를 구비할 수 있다.
트랜스퍼 기구(90)는 체인(96)과 함께 연결된 한 쌍의 스프로켓(92, 94)을 갖는 출력 부재(또는 샤프트)(22)에 결합된다. 도 3a를 참조하면, 트랜스퍼 기구(90)는 태양 기어 부재(98A), 링 기어 부재(98C) 및 유성 기어의 세트(98D)를 회전가능하게 지지하는 유성 기어 캐리어 부재(98B)를 갖는 유성 기어 세트를 구비한다. 태양 기어 부재(98A)는 샤프트(또는 상호연결 부재)(100)와 공통 회전을 위해 연결된다. 링 기어 부재(98C)는 트랜스미션 하우징(50)에 연결된다. 유성 기어 캐리어 부재(98B)는 피니언/기어 조립체(102)와 같은 오픈 차동장치(open differential)와 공통 회전을 위해 연결된다. 유성 기어(98D) 각각은 태양 기어 부재(98A) 및 링 기어 부재(98C) 양자와 맞물리도록 구성된다.
피니언/기어 조립체(102)는 피니언 기어 세트(122)와 결합하는 핀(114)을 구비하여, 피니언/기어 조립체를 통해 자동차의 전륜을 구동하는 차축(106, 108) 세트에 트랜스미션으로부터의 토크가 전달된다. 트랜스퍼 기구(90)는 해당하는 스플라인과 결합하는 한 쌍의 기구(110, 112)를 더 구비하여, 트랜스미션(10)이 4륜 구동 모드(all-wheel drive mode)에 사용되기에 적합하다.
또 다른 배치에서, 2축 체인 기구(90)는 도 3b에 도시한 3축 기어 트랜스퍼 기구(190)로 대체된다. 트랜스퍼 기구(190)는 큰 링 기어(198)에 결합된 기어 세트(192, 194, 196)를 구비한다. 큰 링 기어(198)는 베어링 세트(204)에 의해 지지되는 샤프트(202)에 부착된다. 또한, 보다 작은 링 기어(200)가 샤프트(202)에 부착되어, 큰 링 기어(198)와 작은 링 기어(200) 사이에는 승수효과(multiplier effect)가 있다. 기어(200)로부터 또 다른 기어(206)로 토크가 전달되어 샤프트 또는 부재(208)를 회전시킨다. 샤프트 또는 부재(208)는 피니언/기어 조립체(102)에 연결된다. 피니언/기어 조립체(102)의 구성요소 및 작동은 2축 체인 트랜스퍼 기구를 참조하면 상술한 바와 동일하다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 9단 트랜스미션(10)의 동작이 기술된다. 트랜스미션(10)은 입력 샤프트(또는 부재)(12)로부터 출력 샤프트(또는 부재)(22)로, 적어도 9가지의 전진 속도비 또는 토크비 및 적어도 하나의 후진 속도비 또는 토크비로 토크를 전달할 수 있다. 각각의 전진 및 후진 속도비 또는 토크비는, 후술하는 바와 같이, 토크 전달 기구(즉, 제1 클러치(24), 제2 클러치(26), 제3 클러치(28), 제1 브레이크(30), 제2 브레이크(32), 제3 브레이크(34) 및 제4 브레이크(36)) 중 하나 이상의 결합에 의해 달성된다. 도 4는 각종 기어 상태를 성취하도록 작동 또는 결합되는 토크 전달 기구의 각종 조합을 나타내는 진리표이다. 박스 내의 "X"는 특정의 클러치 또는 브레이크가 소정의 기어 상태를 성취하도록 결합됨을 의미한다. "O"는 특정의 토크 전달 장치(즉, 브레이크 또는 클러치)가 온(on) 또는 작동하지만, 토크를 이송하지 않음을 나타낸다. 또한, 각종 기어 상태의 실제 수치의 기어비가 제공되지만, 이러한 수치는 단지 예시이며 트랜스미션(10)의 작동 기준 및 각종 적용을 수용하도록 상당한 범위에 걸쳐 조절될 수 있음이 이해되어야 한다. 물론, 선택된 기어 직경, 기어 치형부 카운트 및 기어 구성에 따라서 다른 기어비가 성취가능하다.
특히 도 4를 참조하면, 트랜스미션(10)의 유용한 전진 및 후진 속도비 또는 기어비 각각에서 각종 토크 전달 요소의 결합 상태를 나타내는 진리표가 제공된다. 따라서, 제1 클러치(24) 및 SOWC(34)의 결합 또는 작동을 통해 후진 기어가 확립된다. 제1 클러치(24)는 입력 부재(또는 샤프트)(12)를 제5 샤프트(또는 상호연결 부재)(52)와 연결한다. 제3 브레이크(34)는 제8 샤프트(또는 상호연결 부재)(58)를 고정 부재(또는 트랜스미션 하우징)(50)와 연결하여, 상호연결 부재(58)가 트랜스미션 하우징(50)에 대해 회전하는 것을 구속한다. 마찬가지로, 도 3에 도시한 바와 같이, 클러치 및 브레이크 결합의 상이한 조합을 통해 9가지의 전진비가 성취된다.
본 발명의 설명은 단지 예시이며, 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않는 변경이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 이러한 변경은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 한다.

Claims (10)

  1. 입력 부재;
    출력 부재;
    제1, 제2, 제3 및 제4 유성 기어 세트;
    상기 제1, 제2 및 제3 유성 기어 세트 중 하나에 그리고 상기 제1, 제2 및 제3 유성 기어 세트 중 다른 하나에 직접적으로 각각 연결된 3개의 상호연결 부재; 및
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 유성 기어 세트 중 하나 이상을 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 유성 기어 세트 중 다른 하나 이상 그리고 고정 부재와 상호연결하도록 선택적으로 각각 결합가능한 7개의 토크 전달 장치
    를 포함하며,
    상기 토크 전달 장치는 상기 입력 부재와 상기 출력 부재 사이에서 복수의 전진 속도비 및 하나 이상의 후진 속도비를 확립하도록 2가지 이상의 조합으로 선택적으로 결합가능한,
    트랜스미션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 7개의 토크 전달 기구 중 하나는, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 유성 기어 세트 중 하나를 상기 고정 부재에 선택적으로 결합하는 선택가능한 일방향 클러치(selectable one-way clutch)인,
    트랜스미션.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 유성 기어 세트 각각은 제1 부재, 제2 부재 및 제3 부재를 구비하고, 상기 제4 유성 기어 세트는 태양 기어와 캐리어 부재 중 하나에 각각 대응하는 제1 부재와 제2 부재만을 구비하고,
    상기 제4 유성 기어 세트의 제1 부재 및 상기 제3 유성 기어 세트의 제1 및 제3 부재 각각은 하나 이상의 공통의 단차형 피니언과 맞물리는,
    트랜스미션.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 3개의 상호연결 부재는,
    상기 제1 유성 기어 세트의 제1 부재를 상기 제2 유성 기어 세트의 제2 부재와 연속적으로 상호연결하는 제1 상호연결 부재;
    상기 제1 유성 기어 세트의 제2 부재를 상기 제3 유성 기어 세트의 제3 부재와 연속적으로 상호연결하는 제2 상호연결 부재; 및
    상기 제2 유성 기어 세트의 제3 부재를 상기 제3 유성 기어 세트의 제2 부재와 연속적으로 상호연결하는 제3 상호연결 부재를 구비하는,
    트랜스미션.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 유성 기어 세트의 제2 부재들은 회전식으로 함께 결합되는,
    트랜스미션.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 7개의 토크 전달 기구 중 첫 번째는 상기 제3 유성 기어 세트의 제1 부재를 상기 입력 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능하고,
    상기 7개의 토크 전달 기구 중 두 번째는 상기 제2 유성 기어 세트의 제3 부재, 상기 제3 유성 기어 세트의 제2 부재 및 상기 제4 유성 기어 세트의 제2 부재를, 상기 제2 유성 기어 세트의 제1 부재 및 상기 입력 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능하고,
    상기 7개의 토크 전달 기구 중 세 번째는 상기 제3 유성 기어 세트의 제2 부재 및 상기 제4 유성 기어 세트의 제2 부재를, 상기 제4 유성 기어 세트의 제1 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능하고,
    상기 7개의 토크 전달 기구 중 네 번째는 상기 제3 유성 기어 세트의 제1 부재를 상기 고정 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능하고,
    상기 7개의 토크 전달 기구 중 다섯 번째는 상기 제4 유성 기어 세트의 제1 부재를 상기 고정 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능하고,
    상기 7개의 토크 전달 기구 중 여섯 번째는 상기 제4 유성 기어 세트의 제2 부재, 상기 제3 유성 기어 세트의 제2 부재 및 상기 제2 유성 기어 세트의 제3 부재를 상기 고정 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능한 선택가능한 일방향 클러치이며,
    상기 7개의 토크 전달 장치 중 일곱 번째는 상기 제1 유성 기어 세트의 제2 부재를 상기 고정 부재와 상호연결하도록 선택적으로 결합가능한,
    트랜스미션.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 유성 기어 세트의 제3 부재, 상기 제2 유성 기어 세트의 제1 부재, 상기 제3 유성 기어 세트의 제1 부재 및 상기 제4 유성 기어 세트의 제1 부재는 태양 기어이고; 상기 제1 유성 기어 세트의 제2 부재, 상기 제2 유성 기어 세트의 제2 부재, 상기 제3 유성 기어 세트의 제2 부재 및 상기 제4 유성 기어 세트의 제2 부재는 캐리어 부재이며; 그리고 상기 제1 유성 기어 세트의 제1 부재, 상기 제2 유성 기어 세트의 제3 부재 및 상기 제3 유성 기어 세트의 제3 부재는 링 기어인,
    트랜스미션.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 유성 기어 세트의 제2 부재들 양자는 하나 이상의 단차형 피니언 부재(stepped pinion member)를 지지하는,
    트랜스미션.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 출력 부재는 상기 제1 유성 기어 세트의 제2 부재 및 상기 제3 유성 기어 세트의 제3 부재와 연속적으로 상호연결되는,
    트랜스미션.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 입력 부재는 상기 제2 유성 기어 세트의 제1 부재에 연속적으로 연결되는,
    트랜스미션.
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