KR20140053824A - 변속기를 포함하는 차량 구동 시스템 - Google Patents

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존 더블유. 키메스
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민즈 인더스트리즈 인코포레이티드
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Abstract

변속기를 포함하는 차량 구동 시스템이 제공된다. 시스템은 제1, 제2, 제3, 및 제4 요소를 구비한 복합 유성 기어 세트를 포함한다. 제2 요소는 변속기의 출력 샤프트와 연결된다. 시스템은 변속기 하우징을 더 포함한다. 시스템은 원하는 변속비를 얻기 위해 전기 신호에 응답하여 제1 및 제4 요소를 구동시키도록 제1 및 제4 요소와 연결되는 출력 샤프트를 구비한 전기 모터를 더 포함한다. 시스템은 제4 요소를 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제4 요소를 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제어 가능한 클러치 어셈블리를 더 포함한다.

Description

변속기를 포함하는 차량 구동 시스템{VEHICLE DRIVE SYSTEM INCLUDING A TRANSMISSION}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2010년 12월 10일자로 출원된 가출원 일련번호 제61/421,868호 "적어도 하나의 발전 장치를 포함하는 차량 구동 시스템, 및 상기 구동 시스템을 제어하기 위한 방법 및 시스템(Vehicle Drive System Including At Least One Electrical Power Plant And Method And System For Controlling The Drive System)"의 이점을 주장한다. 본 출원은 2007년 10월 12일자로 출원된 가출원 번호 제60/998,773호의 이점을 주장한 2008년 9월 16일자로 출원된 미국 특허출원 일련번호 제12/211,236호 "고효율 차량 변속기(High-Efficiency Vehicular Transmission)"의 동시계속출원이다.
본 발명은 제어 또는 선택 가능한 오버러닝 커플링 어셈블리를 포함하는 차량 파워트레인 또는 구동 시스템, 및 상기 구동 시스템을 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 적어도 하나의 발전 장치, 및 적어도 하나의 동적 일방향 클러치(one-way clutch, OWC)를 포함하는 제어 가능한 OWC들을 구비한 구동 시스템에 관한 것이다.
개관
자동화 수동 변속기(automated manual transmission, AMT)는 자동차에서 사용되는 일종의 자동 시프트 변속기로, 토크 컨버터를 제거함으로써 기계적 효율을 개선한다. 이러한 자동화 수동 변속기는 통상적으로 복수의 동력-구동식 액추에이터를 포함하는데, 이들은 수동 변속기에서 전통적으로 발견되는 맞물림형 기어 휠들의 맞물림을 제어하는 동기 클러치들을 자동으로 시프트하기 위해 변속기 제어기 또는 소정 유형의 전자제어장치(electronic control unit, ECU)에 의해 제어된다. AMT의 시프트 동안, 엔진 토크는 클러치를 통해 차량으로부터 분리된다. 토크는 변속기가 비율을 변경하는 동안 중단된다. 비율이 변경된 후에, 클러치가 재적용되어 엔진을 구동트레인에 다시 연결한다. 이러한 접근방안의 문제점은, 토크 중단 동안 운전자가 운전석에서 앞으로 쏠리고, 이후 엔진이 구동트레인과 다시 연결될 때 뒤로 밀리게 된다는 것이다. 이러한 시프트 이벤트는 1초 정도일 수 있다. 이는 바람직하지 않은 시프트 감각이다. 또한, 차량은 이러한 천이 동안 가속도를 갖지 않으므로, 바람직하지 않은 운전 상황(교통량 속으로 이동, 병합 등)으로 이어진다.
오늘날의 스텝비 자동 변속기는 유압을 이용하여 비율 변경을 구동하고, 소음진동강도(NVH)를 감쇠하며, 동력 결합/분리, 윤활 및 냉각을 제공한다. 이는 (동력 결합/분리, 토크 증대, 및 NVH 감쇠를 위한) 토크 컨버터, 오일 펌프, 밸브 몸체(또는 유압 로직), 및 마찰식 클러치(부품들을 선택적으로 잠금 또는 잠금해제하기 위해 유압에 의해 활성화되는 밴드 및 마찰)의 사용으로 달성된다.
다중-플레이트 마찰식 클러치와 브레이크
클러치와 브레이크가 유성 기어 세트의 부재들을 각각 구동 또는 고정하기 위해 사용된다. 일반적으로, 다중-플레이트 클러치는 하나의 유성 부재를 다른 유성 부재에 연결한다. 다중-플레이트 브레이크는 유성 부재를 변속기 케이스에 연결하여, 이를 정지 상태로 유지한다.
클러치와 브레이크는 다수의 마찰 디스크 및 강철 디스크로 구성된다. 마찰 디스크는 마찰 재료로 피복되며, 내주 상에 맞물림 러그들(스플라인들)이 구비된다. 강철 디스크는 양면이 강철로 이루어지며, 외주 상에 맞물림 러그들이 위치한다. 마찰 디스크 상의 맞물림 러그들은 보통 유성 부재와 맞물린다. 강철 디스크 상의 맞물림 러그들은 보통 클러치 피스톤 하우징과 맞물린다.
마찰 디스크 및 강철 디스크 외에도, 어플라이 피스톤, 하우징, 및 리턴 스프링이 있다. 유압 유체가 클러치 어셈블리에 적용되면, 피스톤은 전진하고, 마찰 디스크와 강철 디스크는 서로 잠금될 것이다. 유압이 해제되면, 리턴 스프링은 피스톤이 안착 위치로 복귀하게 할 것이고, 마찰 디스크와 강철 디스크는 잠금해제될 것이다.
밴드형 브레이크가 몇몇 응용들을 위해 사용된다. 브레이크 밴드는 내면에 마찰 재료가 접착된 원형 밴드이다. 밴드는 특정한 유성 부품(클러치 드럼)을 둘러싸며, 상기 부품을 변속기 케이스에 잠금한다. 브레이크 밴드는 클러치 어플라이 피스톤에 의해 적용 및 해제된다.
비율 시프트를 수행하기 위해, 유체가 다중-플레이트 클러치(또는 브레이크)로 적용되거나 이로부터 배출될 필요가 있다. 후술하는 방법이 수행된다:
1. 밸브 몸체 내의 시프트 밸브로부터의 유체가 클러치 어셈블리에 적용된다.
2. 유압이 어플라이 피스톤 뒤에 생성되고, 격막 스프링으로부터의 저항을 극복한다.
3. 마찰 디스크와 강철 디스크가 서로 압착 및 잠금되어, 그 사이의 미끄럼을 방지한다.
4. 2개의 유성 부재가 이제 서로 잠금된다.
5. 유압이 해제될 때, 강철 디스크와 마찰 디스크가 잠금해제될 수 있다.
이 방법은 몇 가지 이점을 가지고 있다. 동력 밀도가 매우 높으므로, 유압을 이용하여 클러치를 클램핑하고 토크를 증대한다. 유압 시스템은 양호한 감쇠 특성 및 원활한 시프트 성능을 가진 것으로 입증되었다. 이는 또한 변속기 내의 부품들을 윤활하며, 토크 컨버터, 펌프, 기어 세트, 베어링 등으로부터 열을 운반하는 자연스러운 방법이다.
그러나, 몇 가지 단점이 있다. 첫 번째 단점은 효율이다. 펌프는 항상 온 상태이고, 엔진이 작동할 때마다 오일을 펌핑한다. 마찰 요소가 턴온될 때, 동력을 사용하여 마찰 요소의 클램핑 압력을 유지한다.
토크 컨버터의 미끄럼 역시 기생 손실의 중대한 원인이고, 변속기 내의 개방 마찰 요소들 역시 항력 및 그에 따른 기생 손실을 제공한다. 또 다른 단점은 이러한 부품들의 복잡성이다. 클러치, 펌프, 토크 컨버터, 및 밸브 몸체는 변속기 내에서 가장 문제가 있기 쉬운 부품들이므로, 보증 비용을 증가시키고, 소비자 만족도에 부정적인 영향을 미친다. 이 부품들은 또한 변속기 내의 가장 고비용의 부품들인 경향이 있다.
일방향 클러치(즉, OWC)는 회전 부품들의 상대 회전이 일방향으로 이루어질 때 회전 부품들 사이의 구동 연결(잠금 상태)을 형성하고, 상대 회전이 반대 방향으로 이루어질 때 오버런(자유회전(freewheel) 상태)한다. 통상적인 일방향 클러치는 내주링, 외주링, 및 두 링 사이의 잠금 장치로 구성된다. 차량 자동 변속기에서 자주 사용되는 2가지 유형의 일방향 클러치는:
- 일방향 클러치의 내륜과 외륜(inner and outer race) 사이의 스프링 하중식 롤러들로 구성된 롤러형(몇몇 응용들에서는 스프링 없이도 사용된다); 및
- 일방향 클러치의 내륜과 외륜 사이에 위치한 비대칭형 쐐기들로 구성된 스프래그형을 포함한다.
일방향 클러치는 소정의 기어 시프트 동안 구동 토크(즉, 동력 흐름)의 중단을 방지하기 위해, 그리고 타력 주행(coasting) 동안 엔진 제동을 방지하기 위해 통상적으로 변속기에서 사용된다. 또한, 토크 컨버터의 고정자 내에도 일방향 클러치가 있다.
제어 가능한 OWC는, 양방향으로 자유회전하도록 잠금 동작이 "턴오프"될 수 있고/있거나, 일방향 또는 양방향으로 잠기도록 잠금 동작이 "턴온"될 수 있는 OWC이다.
미국 특허 제5,927,455호는 양방향 오버러닝 폴 타입(pawl-type) 클러치를 개시하고 있다. 미국 특허 제6,244,965호는 평면 오버러닝 커플링을 개시하고 있고, 미국 특허 제6,290,044호는 자동 변속기에서 사용하기 위한 선택 가능한 일방향 클러치 어셈블리를 개시하고 있다.
미국 특허 제7,258,214호 및 제7,344,010호는 오버러닝 커플링 어셈블리를 개시하고 있고, 미국 특허 제7,484,605호는 오버러닝 반경방향 커플링 어셈블리 또는 클러치를 개시하고 있다.
적절하게 설계된 제어 가능한 OWC는 "오프" 상태에서 0에 가까운 기생 손실을 가질 수 있다. 이는 또한 전기기계에 의해 활성화될 수 있고, 유압 펌프와 밸브의 복잡성 또는 기생 손실을 갖지 않는다.
기타 관련된 미국 특허공개는 제2010/0252384호; 제2009/0133981호; 제2009/0127059호; 제2009/0084653호; 제2009/0194381호; 제2009/0142207호; 제2009/0255773호; 제2010/0230226호; 제2010/0200358호; 제2009/0211863호; 제2009/0159391호; 제2009/0098970호; 제2008/0223681호; 제2008/0110715호; 제2008/0169166호; 제2008/0169165호; 제2008/0185253호; 제2007/0278061호; 제2007/0056825호; 제2006/0138777호; 제2006/0185957호; 및 후술하는 미국 특허 제7,806,795호; 제7,491,151호; 제7,464,801호; 제7,349,010호; 제7,275,628호; 제7,256,510호; 제7,223,198호; 제7,198,587호; 제7,093,512호; 제6,953,409호; 제6,846,257호; 제6,814,201호; 제6,503,167호; 제6,193,038호; 제4,050,560호; 제5,638,929호; 제5,362,293호; 제5,678,668호; 제5,052,534호; 제5,387,854호; 제5,231,265호; 제5,394,321호; 제5,206,573호; 제5,453,598호; 제5,642,009호; 제6,075,302호; 제6,982,502호; 제7,153,228호; 및 제5,918,715호를 포함한다.
하이브리드 변속기 또는 파워트레인을 기재하고 있는 도요타에 허여된 미국 특허는 제5,847,469호; 제5,856,709호; 제6,019,699호; 제6,306,057호; 제6,344,008호; 제7,201,690호; 제7,223,200호; 제7,255,186호; 제7,393,296호; 제7,397,296호; 제7,426,971호; 제7,614,466호; 제7,621,359호; 및 제7,690,455호를 포함한다.
본 출원을 위해, "커플링(coupling)"이라는 용어는, 하나의 플레이트가 변속기의 토크 전달 요소에 구동 가능하게 연결되고, 다른 플레이트가 다른 토크 전달 요소에 구동 가능하게 연결되거나, 변속기 하우징에 대해 고정되고 정지 상태로 유지되는 클러치 또는 브레이크를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "커플링", "클러치", "브레이크"와 같은 용어들은 교환 가능하게 사용될 수 있다.
일 구현예에서, 변속기를 포함하는 차량 구동 시스템이 제공된다. 시스템은 제1, 제2, 제3, 및 제4 요소를 구비한 복합 유성 기어 세트를 포함한다. 제2 요소는 변속기의 출력 샤프트와 연결된다. 시스템은 변속기 하우징을 더 포함한다. 시스템은 원하는 변속비를 얻기 위해 전기 신호에 응답하여 제1 및 제4 요소를 구동시키도록 제1 및 제4 요소와 연결되는 출력 샤프트를 구비한 전기 모터를 더 포함한다. 시스템은 제4 요소를 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제4 요소를 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제어 가능한 클러치 어셈블리를 더 포함한다.
시스템은 제4 요소를 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제4 요소를 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가질 수 있는 비마찰 제어 가능한 브레이크 어셈블리를 포함할 수 있다. 브레이크 어셈블리는 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어될 수 있다.
시스템은 제3 요소를 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제3 요소를 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가질 수 있는 비마찰 제어 가능한 브레이크 어셈블리를 포함할 수 있다. 브레이크 어셈블리는 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어될 수 있다.
시스템은 비마찰 제어 가능한 제1 및 제2 브레이크 어셈블리를 포함할 수 있다. 제1 브레이크 어셈블리는 제4 요소를 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제4 요소를 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가질 수 있다. 제2 브레이크 어셈블리는 제3 요소를 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제3 요소를 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가질 수 있다. 제1 및 제2 브레이크 어셈블리는 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어될 수 있다.
제1, 제2, 제3, 및 제4 요소는 각각 제1 선 기어, 링 기어, 캐리어, 및 제2 선 기어를 포함할 수 있다.
시스템은 제1 요소를 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제1 요소를 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어될 수 있는 비마찰 클러치 어셈블리를 포함할 수 있다.
제3 요소는 발전 장치의 출력 샤프트와 연결 중일 수 있고, 시스템은 제3 요소를 발전 장치의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제3 요소를 발전 장치의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어될 수 있는 비마찰 클러치 어셈블리를 더 포함할 수 있다.
시스템은 출력 샤프트를 구비할 수 있는 발전 장치를 포함할 수 있다. 시스템은 발전 장치의 출력 샤프트를 엔진의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 발전 장치의 출력 샤프트를 엔진의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어될 수 있는 비마찰 클러치 어셈블리를 더 포함할 수 있다.
전기 모터는 제어 신호에 응답하여 회생 제동을 위해 사용될 수 있다.
클러치 어셈블리는 제4 요소로 하여금 결합해제 상태에서 모터의 출력 샤프트에 대해 자유회전하게 하는 오버러닝 커플링 어셈블리를 포함할 수 있다.
클러치 어셈블리는 제4 요소에 결합되는 제1 부재, 모터의 출력 샤프트에 결합되는 제2 부재, 및 결합 상태에서 제1 및 제2 부재를 서로 선택적으로 결합시키기 위한 적어도 하나의 래칫 부재(ratcheting member)를 포함할 수 있다.
시스템은 전력 신호에 응답하여 클러치 어셈블리의 상태를 제어하는 전기기계 장치를 포함할 수 있다.
전기기계 장치는 래칭(latching) 솔레노이드를 포함할 수 있다.
전기 모터는 하우징 내부에 장착될 수 있다.
시스템은 클러치 어셈블리를 포함하는 복수의 비마찰 비유압식으로 제어되는 커플링 어셈블리를 포함할 수 있다.
복수의 비마찰 커플링 어셈블리는 적어도 하나의 일방향 브레이크 어셈블리를 포함할 수 있다.
변속기는 자동 변속기일 수 있다.
변속기는 자동차용 다중-속도 스텝비 변속기일 수 있다.
다른 구현예에서, 차량 구동 시스템은 3단 변속기를 포함한다. 시스템은 제1, 제2, 제3, 및 제4 요소를 구비한 복합 유성 기어 세트를 포함한다. 제2 요소는 변속기의 출력 샤프트와 연결된다. 시스템은 변속기 하우징을 더 포함한다. 시스템은 원하는 변속비를 얻기 위해 전기 신호에 응답하여 제1 및 제4 요소를 구동시키도록 제1 및 제4 요소와 연결되는 출력 샤프트를 구비한 전기 모터를 더 포함한다. 시스템은 비마찰 제어 가능한 제1 및 제2 브레이크 어셈블리를 더 포함한다. 제1 브레이크 어셈블리는 제4 요소를 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제4 요소를 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가진다. 제2 브레이크 어셈블리는 제3 요소를 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제3 요소를 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가진다. 제1 및 제2 브레이크 어셈블리는 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어된다. 비마찰 클러치 어셈블리가 제4 요소를 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제4 요소를 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어된다.
제1, 제2, 제3, 및 제4 요소는 각각 제1 선 기어, 링 기어, 캐리어, 및 제2 선 기어를 포함할 수 있다.
전기 모터는 제어 신호에 응답하여 회생 제동을 위해 사용될 수 있다.
클러치 어셈블리는 제4 요소로 하여금 결합해제 상태에서 모터의 출력 샤프트에 대해 자유회전하게 하는 오버러닝 커플링 어셈블리를 포함할 수 있다.
클러치 어셈블리는 제4 요소에 결합되는 제1 부재, 모터의 출력 샤프트에 결합되는 제2 부재, 및 결합 상태에서 제1 및 제2 부재를 서로 선택적으로 결합시키기 위한 적어도 하나의 래칫 부재를 포함할 수 있다.
시스템은 전력 신호에 응답하여 클러치 어셈블리의 상태를 제어하는 전기기계 장치를 더 포함할 수 있다.
전기기계 장치는 래칭 솔레노이드를 포함할 수 있다.
전기 모터는 하우징 상에 장착될 수 있다.
변속기는 자동 변속기일 수 있다.
변속기는 자동차용 다중-속도 스텝비 변속기일 수 있다.
또 다른 구현예에서, 차량 구동 시스템은 다중-속도 변속기를 포함한다. 시스템은 제1, 제2, 제3, 및 제4 요소를 구비한 복합 유성 기어 세트를 포함한다. 제2 요소는 변속기의 출력 샤프트와 연결되고, 제3 요소는 발전 장치의 출력 샤프트와 연결된다. 시스템은 변속기 하우징을 더 포함한다. 시스템은 원하는 변속비를 얻기 위해 전기 신호에 응답하여 제1 및 제4 요소를 구동시키도록 제1 및 제4 요소와 연결되는 출력 샤프트를 구비한 전기 모터를 더 포함한다. 시스템은 비마찰 제어 가능한 제1 및 제2 브레이크 어셈블리를 더 포함한다. 제1 브레이크 어셈블리는 제4 요소를 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제4 요소를 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가진다. 제2 브레이크 어셈블리는 제3 요소를 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제3 요소를 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가진다. 제1 및 제2 브레이크 어셈블리는 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어된다. 시스템은 제4 요소를 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제4 요소를 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제1 클러치 어셈블리를 더 포함한다. 시스템은 제1 요소를 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제1 요소를 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제2 클러치 어셈블리를 더 포함한다. 시스템은 제3 요소를 발전 장치의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제3 요소를 발전 장치의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제3 클러치 어셈블리를 더 포함한다.
제1, 제2, 제3, 및 제4 요소는 각각 제1 선 기어, 링 기어, 캐리어, 및 제2 선 기어를 포함할 수 있다.
전기 모터는 제어 신호에 응답하여 회생 제동을 위해 사용될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 차량 구동 시스템은 다중-속도 변속기를 포함한다. 시스템은 출력 샤프트를 구비한 발전 장치를 포함한다. 시스템은 제1, 제2, 제3, 및 제4 요소를 구비한 복합 유성 기어 세트를 더 포함하고, 제2 요소는 변속기의 출력 샤프트와 연결되며, 제3 요소는 발전 장치의 출력 샤프트와 연결된다. 시스템은 변속기 하우징을 더 포함한다. 시스템은 원하는 변속비를 얻기 위해 전기 신호에 응답하여 제1 및 제4 요소를 구동시키도록 제1 및 제4 요소와 연결되는 출력 샤프트를 구비한 전기 모터를 더 포함한다. 시스템은 비마찰 제어 가능한 제1 및 제2 브레이크 어셈블리를 더 포함한다. 제1 브레이크 어셈블리는 제4 요소를 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제4 요소를 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가진다. 제2 브레이크 어셈블리는 제3 요소를 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제3 요소를 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가진다. 제1 및 제2 브레이크 어셈블리는 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어된다. 시스템은 제4 요소를 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제4 요소를 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제1 클러치 어셈블리를 더 포함한다. 시스템은 제1 요소를 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제1 요소를 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제2 클러치 어셈블리를 더 포함한다. 시스템은 제3 요소를 발전 장치의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 제3 요소를 발전 장치의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제3 클러치 어셈블리를 더 포함한다. 시스템은 발전 장치의 출력 샤프트를 엔진의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 발전 장치의 출력 샤프트를 엔진의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제4 클러치 어셈블리를 더 포함한다.
제1, 제2, 제3, 및 제4 요소는 각각 제1 선 기어, 링 기어, 캐리어, 및 제2 선 기어를 포함할 수 있다.
전기 모터는 제어 신호에 응답하여 회생 제동을 위해 사용될 수 있다.
전기 모터와 발전 장치는 하우징 내부에 장착될 수 있다.
도 1은 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따라 구성되는 3단 변속기를 포함하는 차량 구동 시스템의 부분 절개 측단면도이다.
도 2는 도 1의 구동 시스템 및 변속기에 대응하는 레버선도(lever diagram) 및 해당 기어/비율표(gear/ratio table)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예의 구동 시스템 및 변속기에 대응하는, 도 2의 선도 및 표와 유사한 레버선도 및 해당 기어/비율표를 포함한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구현예의 구동 시스템 및 변속기에 대응하는, 도 3의 선도 및 표와 유사한 레버선도 및 해당 기어/비율표를 포함한다.
도 5는 도 1 내지 도 4의 변속기들에서 사용하기 위한 "탑재형(on-board)" 솔레노이드 제어기 또는 서브시스템을 구비한 동적 선택 또는 제어 가능한 클러치의 개략적인 측단면도이다.
도 6은 도 5의 클러치와 사용하기 위한 일방향 전력 및 양방향 통신 장치의 블록도이다.
도 7은 도 4의 구동 시스템 및 변속기의 횡단면도이다.
도 8은 도 5의 클러치에서 사용하기 위한 자기 래칭 솔레노이드의 단면 사시도이다.
도 9는 도 5의 클러치 어셈블리에 "탑재된" 래칭 솔레노이드의 개략적인 단면도이다.
도 1은 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따라 그리고 선행 기술의 기어 세트를 구비하여 구성되는, 전체적으로 도면부호 10으로 나타낸 차량 3단 변속기의 부분 절개 측단면도이다. 변속기(10)는 한 쌍의 정적 제어 가능한 양방향 클러치(12, 14), 및 전체적으로 도면부호 16으로 나타낸 하나의 동적 제어 가능한 양방향 클러치를 포함한다. 클러치들(12, 14)은 미시건주 새기노 소재의 민즈 인더스트리(Means Industries)로부터 일반적으로 입수 가능한 종래의 양방향 클러치들일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 클러치들(12, 14, 16)은 기어 상태 1~3에서 엔진/회생 제동을 제공한다. 클러치(16)(및 도 4의 클러치(26))는 바람직하게는 일반적으로 미국 특허공개 제2010/0252384호에 도시된 유형으로 이루어진다. 클러치의 다른 구현예가 도 5에 전체적으로 도면부호 16'으로 포함된다. E-모터가 그 출력 샤프트에서 동력을 제공한다.
도 2는 도 1의 변속기(10)에 대응하는 레버선도 및 해당 기어/비율표를 포함한다. 변속기(10)는 주요 전기 구동 모터(E-모터), 및 제어 또는 선택 가능한 일방향 클러치들(12, 14, 16)을 포함한다. 각각의 클러치(12, 14)의 결합 부재들 중 하나가 회전하지 않도록 변속기 하우징에 고정되기 때문에, 클러치들(12, 14)은 브레이크 클러치들이다. 클러치(16)는 양 결합 부재가 서로에 대해 자유롭게 회전하는 동적 클러치이다.
주제어기가 변속기 제어 알고리즘을 포함하는 다수의 제어 기능을 수행하는 모터 및 엔진(즉, IC 엔진 또는 가스 모터) 제어부 또는 제어 로직을 통상적으로 포함한다. 주제어기는 클러치(16) 상에 "탑재된" 솔레노이드 제어기(17)뿐만 아니라 브레이크 클러치들(12, 14)을 직접 제어한다. 각각의 커플링 어셈블리(12, 14)는 주제어기로부터의 직접적인 제어 신호에 응답하여 잠금 모드와 오버런 모드 사이에서 변경된다. 솔레노이드 제어기(17)는 주제어기로부터의 제어 신호에 응답하여 커플링 어셈블리(16)를 제어한다. 클러치들(12, 14, 16)을 위한 제어 알고리즘들은 전체 변속기 제어 알고리즘의 일부이다.
변속기(10)는 4개의 라비뇨(Ravigneaux) 타입 부재를 포함하는, 전체적으로 도면부호 20으로 나타낸 이중 유성 기어 세트를 포함한다. 기어 세트(20)는 유성 캐리어가 제2 세트의 유성 피니언들과 맞물린 제1 세트의 유성 피니언들을 수용하는 기본 기어 세트(집합적으로 C), 제1 선 기어(S1), 제2 선 기어(S2), 및 링 기어(R)를 포함한다. 기어(S1)는 38개의 톱니를 가질 수 있고, 기어(S2)는 31개의 톱니를 가질 수 있으며, 기어(R)는 85개의 톱니를 가질 수 있다.
4개의 토크 전달 부재(C, S1, S2, R)는 제어 클러치(16), 브레이크 클러치들(12, 14), 및 출력 샤프트와 연관된다. 제2 선 기어(S2)는 E-모터에 의해 구동된다. 링 기어(R)는 출력 샤프트와 회전하도록 고정된다. 부재(C)는 브레이크 클러치(14)와 연관된다. 제4 부재(S1)는 브레이크 클러치(12) 및 동적 클러치(16)와 연관된다. 변속기는 기어 상태 1~3을 위해 "EV 단독 모드"이다.
1단 기어에서, E-모터는 기어 세트(20)의 낮은 감속비에 따라 부재(S2)를 구동하여, 브레이크 클러치(14)가 맞물리게 되어 부재(C)가 회전하지 않도록 고정한다.
2단 기어에서, E-모터는 기어 세트(20)의 중간 감속비에 따라 부재(S2)를 구동하여, 브레이크 클러치(12)가 맞물리게 되어 부재(S1)가 회전하지 않도록 고정한다.
3단 기어에서, E-모터는 제1 기어비에 따라 부재(S2)를 구동하여, 클러치(16)가 맞물리게 되어 부재들(S1, S2)을 하나의 유닛으로서 구동한다.
역주행 시에, 클러치(14)가 맞물린다. S2는 E-모터에 의해 후방 구동되어, 링 기어 출력을 후방 구동한다.
도 3은, 1) 변속기(10')의 중심을 통과하며, 캐리어(C)에 스플라인 연결되는 샤프트(22), 및 2) 가스 또는 IC 엔진 및 발전기로(또는 대안으로, 발전기/E-모터 또는 IC 엔진 및 발전기/E-모터 모두로) 4단 기어 오버드라이브 상태를 실행하는 성능을 추가하는 동적 OWC(24)를 변속기(10)에 추가하여 형성된 변속기(10')의, 도 2의 레버선도 및 표와 유사한 레버선도 및 해당 기어/비율표를 포함한다. 주요 전기 구동 모터(E-모터)는 4단 기어 부스트를 위해 턴온될 수도 있다. 이러한 배치는 또한 3단 기어 상태를 위해 작동될 수 있고, 여기서 3개의 발전 장치의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 고속도로 속도에서, EV 모드를 완전히 빠져나가고, OWC(24)를 통해 4단 기어에서 IC 엔진만을 구동할 수 있다. 주요 E-모터와 S2 사이의 양방향 동적 제어 가능한 클러치(25) 및 그 연관된 "탑재형" 솔레노이드 제어기는 4단 기어에서 전기 모터의 분리를 허용하여 기생 손실을 방지한다.
도 4는 다른 동적 양방향 제어 가능한 클러치(26) 및 그 "탑재형" 솔레노이드 제어기를 변속기(10')에 더 추가하여 형성된 변속기(10")의, 도 3의 레버선도 및 표와 유사한 레버선도 및 해당 기어/비율표를 포함한다. 일 작동 모드에서, 양방향 클러치(26)는 발전기/E-모터가 IC 엔진을 구동하여 IC 엔진을 위한 시동 장치로서 작동하게 한다. 현재의 파워트레인들은 이미 그 시스템 내에 E-모터를 구비한다. 선행 기술의 E-모터는 가스 모터를 시동하는 단일 작업을 수행한다. 상기의 최종 구동부에 추가된 E-모터가 또한 IC 엔진을 시동하는 작업을 수행할 수 있다면, 이러한 E-모터를 추가하는 비용은 오늘날의 가스 엔진용 시동 모터를 제거함으로써 상당히 상쇄될 수 있다. 클러치(26)의 다른 방향 또는 작동 상태는 IC 엔진으로부터 발전기/E-모터로의 동력을 캐리어를 통해 출력으로 전달하기 위한 것이다. 클러치(26)와 같은 양방향 클러치를 추가하는 하나의 이유는 EV 모드 동안 발전기/E-모터로부터 IC 엔진을 분리하기 위한 것이다.
발전기(즉, 발전기/E-모터)는 출력에서의 토크 중단 없이 하나의 기어 상태로부터 다음의 정상 상태비(즉, 1-2 또는 2-3)로 "CVT"하는 능력을 제공하기 위해 (IC 엔진을 끌어들이지 않으면서) 시프트 천이 동안 사용된다. 예컨대, 2단 기어와 같은 원하는 정상 상태비에 도달하면, 2단 기어 제어 가능한 클러치(12)를 사용하여 상기 비율을 래칭한다. 일단 래칭되면, 발전기/E-모터는 클러치(12)가 잠금될 때까지 동력을 점차로 소멸시킨다. 이로써, 결국 클러치(24)는 자유회전할 것이다. 일단 자유회전하면, 클러치(24)는 완전히 턴오프되어 변속기(10')로부터 발전기/E-모터를 분리한다. 이는 토크 홀 없이 원활하고, 조용하며, 끊김 없는 시프트를 이룰 것이다. 또한, EV 모드에서의 소정의 기어 상태에 있는 동안, 원하는 일시적 가속 이벤트(예컨대, 공격적 통과)를 위한 부스트를 제공하기 위해, 발전기/E-모터가 턴온될 수 있다(클러치(24)가 맞물리게 된다).
주요 E-모터와 가스 엔진(즉, IC 엔진) 모두는 동력을 구동 라인으로 전달하는 경로를 가진다. 이러한 모터들 또는 발전 장치들은 필요한 경우 동시에 작동될 수 있다. 이로써, 가스 엔진 또는 IC 엔진의 크기를 증가시키지 않으면서 차량의 성능을 증대시킬 수 있다.
후술하는 표 1은 다양한 변속기들의 다양한 작동 단계들 또는 모드들, 및 이러한 작동 모드들과 관련된 대응하는 결합 요소들을 나타낸다.
Figure pct00001
EV = 전기 모드, 단일 E-모터
부스트/CVT = 2개의 E-모터 모드
혼합 모드 = 가스 및 전기(1개 또는 2개의 E-모터)
가스 - 가스 단독
M = 클러치는 온되고, 발전기/모터는 모터인 경우
G = 클러치는 온되고, 발전기/모터는 발전기인 경우
O = EV 부스트/CVT 모드에서의 부스트를 위한 가스 엔진의 임의적 사용
S = 직렬 하이브리드 모드(배터리가 소진될 때, ICE가 발전기를 실행하여 충전한다(배터리 소진 동안의 재충전에 한함))
▒ = 이러한 상태/모드에서 가능한 회생
캐리어(C)에 전기 모터(발전기/E-모터)를 추가하면, 주요 E-모터에 반응 토크를 제공한다. 전기 모터(발전기/E-모터)는 반응 토크에 부합하는 충분한 토크를 추가하여, 토크 홀을 완전히 충진한다. 이를 이행하기 위해 요구되는 전기 모터의 크기는 전기 모터를 위한 제어 및 동력 전략(즉, 변속기 제어 알고리즘)에 따라 좌우된다. 전기 모터는 모터에 전혀 손상을 가하지 않으면서 짧은 지속기간(이 경우, 최대 1초) 동안 상당히 오버파워될 수 있다. 모터는 이러한 빠른 동력 분출에 대해 가열되지 않을 것이다. 목표는 토크 홀을 충진하고, 끊김 없는 시프트를 이루는 것이다.
IC 엔진이 "온"되면, 시프트 동안 잠재적인 토크 홀이 있다. IC 엔진이 "온"될 때, "표준" 시프트(주요 E-모터 속도의 빠른 변경에 의한 1/10초 시프트)가 일반적인데, 이는 발전기/E-모터를 발전기로서 고정하고, 그에 따라 발전기/E-모터는 캐리어(C)에 토크를 제공할 수 없기 때문이다. "강화(enhanced)" 시프트와 "표준(standard)" 시프트의 두 시프트 모드가 있다. "강화" 시프트는 발전기/E-모터를 포함하는 2개의 모터를 사용한다(IC 엔진이 "오프"되고, 배터리들이 소진되지 않는다; EV 모드). "표준" 시프트는 단일 모터와 단일 일방향 클러치를 사용하고, 배터리가 소진될 때 사용되어, IC 엔진을 "온"되게 하고, 그에 따라 발전기/E-모터가 E-모터 입력으로서 작동하게 하지 않는다. 대신, 발전기로서 작동하여, IC 엔진이 "온"될 때(배터리 소진 모드) 표준 시프트를 강제한다.
변속기(10")가 3-4 시프트(즉, 3단 EV 모드로부터 4단 가스 모드로의 천이)를 완료한 후에, 가스 엔진(IC 모터)은 구동 라인에 동력을 추가한다. 구동 라인에 대한 동력의 이전(hand-off)이 E-모터로부터 IC 엔진으로 끊김 없이 전달될 수 있도록, 전기 모터(E-모터)가 제어된 방식으로 턴오프될 수 있다. 이는 발전기/E-모터와 최종 구동부 사이의 동적 일방향 클러치(24)를 통해 그리고 제어 전략으로 달성될 수 있다. 가스 모터의 동력/속도가 E-모터의 동력/속도를 압도함에 따라, (클러치(16)의) 일방향 클러치 상태는 잠금 상태(E-모터로부터 구동 라인으로 토크 경로를 제공한다)로부터 자유회전 상태(E-모터가 구동 라인으로 동력을 제공하지 않을 것이다)로 변경될 것이다. 이 시점에서, E-모터가 턴오프된다.
E-모터와 S2 사이의 양방향 클러치(25)로 인해, IC 엔진이 4단 기어 작동으로 차량에 동력을 제공하는 동안, E-모터는 0 RPM 상태로 진행될 수 있다. E-모터는 작동하지 않을 때 회전하지 않는다. 이러한 접근방안은 IC 엔진이 작동하는 동안 기생 손실(E-모터 내부의 자기항력)이 현재의 파워트레인 시스템의 전체 효율에 영향을 미치는 것을 방지한다.
2단, 3단, 및 4단 기어 작동 시에, IC 엔진과 2개의 E-기계(모터)를 임의의 원하는 조합으로 사용함으로써 병렬 하이브리드를 제공하는 것이 가능하다. 이러한 동력 흐름은 직렬(EV 모드), 병렬(혼합 모드), 및 가스(또는 다른 연료) 단독 모드 설계이다.
도 5는 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따라 구성되는 "탑재형" 솔레노이드 제어기 또는 서브시스템을 구비한 동적 선택 또는 제어 가능한 클러치들(16, 16', 24, 25, 26) 중 하나의 개략적인 측단면도이다. 이러한 동적 클러치들은 일반적으로 미국 특허공개 제2010/0252384호에 도시된 유형으로 이루어진다.
어셈블리(16')는 전체적으로 도면부호 34로 나타낸 환상 포켓 플레이트를 포함한다. 플레이트(34)의 내부 축방향-연장면(35)은 변속기(10 또는 10' 또는 10")의 토크 전달 요소와 맞물리기 위한 내부 스플라인들(36)을 구비한다. 내부 반경방향-연장면(들)(37)은 이격된 역방향 포켓들(38)을 구비하여 형성되고, 그 안에 역방향 스트럿들(39)이 수용되며 피벗(45)을 중심으로 피벗회전하도록 유지된다. 각각의 역방향 스트럿(39)의 일 단은 포켓(38)의 개구(47) 내부에 배치된 코일 스프링(48)에 의해 보통 외부로 편향된다. 각각의 역방향 스트럿(39)의 타 단은 전체적으로 도면부호 42로 나타낸 자기 래칭 솔레노이드의 중앙 돔형 플런저 또는 푸시핀(40)에 의해 제어된다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 래칭 솔레노이드(42)는 잠금 칼라(93)에 의해 단부 하우징 부재(91) 상에 고정된 장착 플랜지(89)에 의해 공동(64) 내부에서 플레이트(34)에 장착된다. 제2 단부 하우징 부재(86)는 솔레노이드(42)의 타 단을 폐쇄하며, 밀봉 목적으로 O링을 포함할 수 있다. 솔레노이드(42)는 또한 외부 하우징 부재(99)를 포함한다.
푸시핀(40: 도 8에 완전 연장된 위치로 도시됨)은 솔레노이드의 전기자(92)와 함께 솔레노이드(42) 내부에서 왕복운동하고, 그에 따라 핀(40)은 플레이트(34)의 유로(43) 내부에서 왕복운동한다. 푸시핀(40)은 왕복운동을 위해 원통형 부재(88)의 테프론-코팅된 내면에 의해 지지된다. 잠금 링(90)이 핀(40)과 함께 이동한다. 부재(88)는 부재들(41)에 의해 솔레노이드(42)의 양 단에서 지지된다. 전기자(92)는 상부 코일 어셈블리(94), 영구 자석(96), 및 하부 코일 어셈블리(98)와 인접하게 위치한다. 코일 어셈블리들(94, 98)은 적절한 수지(97)에 삽입된 코일들을 포함한다.
유로(43)는 솔레노이드(42)가 수용된 전체적으로 도면부호 66으로 포함된 프레임 레일의 공동(64)을 포켓(38)과 소통되게 하여, 역방향 스트럿의 타 단을 구동하며, 스프링의 편향을 극복한다. 바람직하게는, 적어도 2개의 역방향 스트럿(39)이 구비된다. 하나의 래칭 솔레노이드(예컨대, 래칭 솔레노이드(42))가 각각의 역방향 스트럿을 위해 구비된다. 그러나, 더 많거나 더 적은 개수의 역방향 스트럿(39) 및 대응하는 래칭 솔레노이드(42)가 클러치(16)의 작동 모드 또는 상태를 제어하기 위해 구비될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
포켓 플레이트(34)의 면 또는 반경면(37)은 또한 이격된 순방향 포켓들(미도시)을 구비하여 형성되고, 그 안에 순방향 스트럿들(미도시)이 수용되며 피벗회전하도록 유지된다. 역방향 스트럿들(39)처럼, 각각의 순방향 스트럿의 일 단은 플레이트(34)의 개구(미도시) 내부에 배치된 코일 스프링(미도시)에 의해 보통 외부로 편향된다. 순방향 스트럿들의 각각의 타 단은 순방향 자기 래칭 솔레노이드(미도시, 그러나 기능과 구조가 역방향 자기 래칭 솔레노이드(42)와 실질적으로 동일하다)의 전기자의 구동 단부 또는 부분에 의해 제어 가능하게 구동 또는 이동된다. 각각의 순방향 자기 래칭 솔레노이드의 전기자는 코일 스프링의 편향을 극복하기 위해 솔레노이드가 수용된 공동을 포켓과 소통시키는 유로 내부에서 왕복운동한다. 바람직하게는, 적어도 2개의 순방향 스트럿이 구비된다. 그러나, 더 많거나 더 적은 개수의 순방향 스트럿이 클러치(16)의 작동 상태 또는 모드를 제어하기 위해 각각의 순방향 스트럿을 위한 순방향 자기 래칭 솔레노이드와 함께 구비될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 각각의 전기자의 구동 단부 또는 부분은 이와 함께 이동하는 핀들 또는 스프링들과 같은 상이한 유형의 스트럿 액추에이터들을 지지할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 스프링들(미도시)이 바람직하게는 연장 및 수축 위치 사이에서 핀(40)을 편향시킨다. 예컨대, 하나의 스프링이 링(90)과 부재(88)의 일 단 사이에 위치할 수 있고, 제2 스프링이 부재(88)의 타 단과 핀(40)의 돔의 내면 사이에 위치할 수 있다.
미국 특허공개 제2010/0252384호에 도시된 바와 같이(도 5에 미도시, 도 9에 208로 도시됨), 어셈블리(16')는 또한 완전히 관통 연장된 복수의 이격된 개구를 구비한 중간 플레이트 또는 요소를 포함할 수 있고, 그에 따라 역방향 스트럿들과 순방향 스트럿들이 그 포켓들 내에서 피벗회전하게 하고, 대응하는 개구들을 통해 연장되게 하여, 전체적으로 도면부호 50으로 나타낸 노치 플레이트의 반경방향 연장면(48)에 형성된 이격된 잠금 형성부들 또는 노치들과 맞물리게 한다. 순방향 및/또는 역방향 스트럿들은 플레이트(50)를 향한 푸시핀(40)의 선형 이동 동안 잠금 형성부들과 맞물린다. 순방향 및/또는 역방향 스트럿들은 대응하는 순방향 및/또는 역방향 코일 스프링들의 편향 작용 하에서 플레이트(50)로부터 멀어지는 푸시핀(40)의 선형 이동 동안 잠금 형성부들과 맞물림해제된다.
스냅링(52)이 플레이트(34)의 축방향 표면(56)에 형성된 홈(54) 내부에 배치되어, 포켓 플레이트(34)와 함께 노치 플레이트(50)를 유지한다. 링(52)은 플레이트들(50, 34)과 중간 플레이트(미도시)를 함께 고정하고, 플레이트들의 서로에 대한 축방향 이동을 제한한다. 플레이트(50)의 내부 축방향 연장면(58)이 변속기(10')의 토크 전달 요소와 맞물리기 위한 내부 스플라인들(60)을 구비한다.
순방향 스트럿들은 축을 중심으로 상대 회전 운동의 일 방향으로 노치 플레이트(50)를 포켓 플레이트(34)에 잠금하지만, 축을 중심으로 반대 방향으로 자유 회전을 허용한다. 역방향 스트럿들은 반대 방향으로 동일한 잠금 기능을 수행한다.
각각의 솔레노이드(42)는 프레임 레일(66)에 형성된 공동(64) 내에 배치된다. 다음으로, 프레임 레일(66)은 맞춤핀들(68, dowel pins)을 통해 포켓 플레이트(34)의 후방측 또는 후면(69)에 압입되고, 그에 따라 프레임 레일(66)은 플레이트(34)와 회전한다. 프레임 레일(66)은 그 내부에 솔레노이드를 위한 솔레노이드 제어기(17) 및 연관된 전자기기(70)를 수용한다. 일반적으로, 솔레노이드 제어기(17)는 회전 및 정적 변압기 인덕터들 또는 코일들(74, 76)을 각각 포함하는 인터페이스 회로를 통해 주 제어기로부터/주 제어기로 데이터를 양방향으로 전달한다. 코일들(74, 76)은 또한 전원으로부터 래칭 솔레노이드들로의 동력의 전달 또는 결합을 돕는다.
프레임 레일(66)은 회전 변압기 코일(74)이 이와 함께 회전하도록 수용되는 제2 공동(72)을 구비한다. 코일들(74)은 알루미늄 하우징(80)에 형성된 제3 공동(78)에 수용되는 정적 코일들(76)에 전자기적으로 결합된다. 하우징(80)은 그 외부 축방향 연장면(84)에 형성된 스플라인들(82)에 의해 변속기 하우징에 고정되거나 접지된다. 주제어기는 정적 코일들(76)로 변조 및 비변조 동력 신호들 모두를 전송하고, 정적 코일들(76)은 이후 회전 프레임 레일(66)과 고정 하우징(80) 사이의 갭을 통해 회전 코일들(74) 내에 대응하는 신호들을 유도한다.
솔레노이드 제어기(17)는 그 제어 하에서 솔레노이드들(42) 중 선택된 하나에 전류를 유도하기 위해 회전 코일들(74)의 하류에서 AC 전원 신호를 DC 전원 신호로 변환한다. 제어기(17) 및 연관된 전기기기(70)는 OWC(16)의 제동측과 구동측을 따로따로 제어하기 위해 신호들을 분할 및 유도한다(래칭 솔레노이드들(42)을 통한 역방향 및 순방향 스트럿들의 독립적인 제어와 구동). 제어기(17) 및 연관된 전기기기(70)는 또한 주제어기 및 회전 클러치(16')로/로부터의 제어 데이터 또는 신호를 위한 통신 버스 역할을 한다. 전달되는 예들은 다음과 같다:
- 포켓(38)에 바로 인접하거나 그 내부의 스트럿(39)에 인접하게 포켓 플레이트(34) 내부에 배치된 위치 센서 또는 트랜스듀서(90)로부터 생성되는, "오프" 및 "온" 위치를 입증하는 신호(피드백 신호)를 주제어기로 전송한다. 위치 센서(90)는 전자기 코일 또는 인덕터를 포함할 수 있고, 이는 적절한 수지에 삽입되거나 둘러싸이며, 코일 하우징 내부에 배치된다. 최종 센서(90)는 스트럿(39)이 위치하는 포켓, 또는 플레이트(34)에 형성된 공동 내부에 위치된다. 코일은 마이크로프로세서에 의한 DC 전압에 의해 통전되어 자속을 발생시키고, 스트럿(39)이 포켓(38) 내에 있는 한, 자속은 코일 하우징을 통해, 스트럿(39)의 일부를 통해, 그리고 코일 하우징과 스트럿(39) 사이의 작은 에어갭을 가로질러 흐른다. 스트럿(39)이 포켓(38) 밖으로 피벗회전할 때, 자속은 부서지고, 이러한 상황은 마이크로프로세서에 의해 감지된다. 이런 방식으로, 스트럿(39)의 상태 또는 위치가 마이크로프로세서에 의해 모니터링된다.
- OWC(16)는 시스템 내에 동력 손실이 있을 때 "오프"로 진행된다. 동력이 "온"된 것을 알려주는 신호가 클러치(16')로 전송된다. 신호가 실패하면, 전자기기(70) 내의 하나 이상의 커패시터(통상적으로 충전 상태로 유지된다)가 솔레노이드들(42)의 코일들(94 및/또는 98)을 향해 발사되고, 솔레노이드들(42)을 "오프" 상태로 래칭한다.
- 제어 시스템은 동일한 회로(즉, 제어기(17)와 전자기기(70))를 사용하여 제어 데이터 및 피드백 신호를 전달하는 능력을 가지고, 이에 의해 동력이 솔레노이드들(42)로 전달된다(즉, 프레임 레일(66)은 센서/전자기기(70)/제어기(17)를 추가하도록 수정될 수 있다).
솔레노이드 제어기(17)는, 바람직하게는 솔레노이드들을 위한 구동 신호들로 기능하는 펄스 형태로 솔레노이드들(42)에 공급된 전류를 직접 또는 간접 제어함으로써 초기화 및 스트럿 구동을 제어하는 프로그래밍된 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
제어기(17)의 다양한 부품들 또는 기능들은 특정한 응용 및 실시에 따라, 도시된 바와 같은 별개의 제어기에 의해 구현될 수 있거나, 또는 변속기(10') 또는 주제어기에 집적 또는 통합될 수 있다. 솔레노이드 제어기(17)는 제어 로직을 포함할 수 있고, 제어 로직은 AC 신호들 및 하나 이상의 스위칭 장치(예컨대, 트랜지스터)가 하나 이상의 에너지 저장 장치(예컨대, 커패시터)로부터 에너지를 선택적으로 회수 및 저장하고/저장하거나, 시동 제어 스위치를 선택적으로 제공하도록 제어한다. 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있는 제어 로직은 이후 대응하는 스트럿 액추에이터(들)가 솔레노이드 제어 알고리즘을 구현하도록 제어한다.
전력의 전달
이제 도 6을 참조하면, 주제어기 및 전력원과 결합되는, 본 발명의 바람직한 구현예의 일방향 전력 및 양방향 통신 장치가 도시되어 있다. 장치는 일반적으로 미국 특허 제5,231,265호에 기재된 유형으로 이루어진다. 구체적으로, 장치는 인덕터들 또는 코일들(74, 76), 변조기 및 동력 구동 회로, 복조기, 정류기, 래칭 솔레노이드들 및 위치 센서들, 데이터 복구 및 전압 조절 회로, 스위칭 및 래칭 회로, 및 마이크로프로세서를 포함한다. 변조기 및 동력 구동 회로는 전력원과 주제어기에 결합된다. 변조기 및 동력 구동 회로는 전력원으로부터 인덕터(74)로 전력 신호를 전달하고, 이후 인덕터(74)는 인덕터들(74, 76) 사이의 자속에 의해 인덕터(76)로 전력 신호를 전달한다. 다음으로, 인덕터(76)는 수신된 전력 신호를 정류기에 결합한다. 정류기는 각각의 공동(64)에 수용된 각각의 래칭 솔레노이드(42)에 결합되며, 이러한 수신된 전력을 마이크로프로세서에 의해 선택된 래칭 솔레노이드(42)로 전달하는 역할을 한다. 또한, 정류기의 출력은 전압 조절기로 입력되고, 전압 조절기는 마이크로프로세서에 의해 요구된 레벨로 DC 출력 전압을 생성한다.
인덕터(74)로부터 전력 신호의 수신 시에, 인덕터(76)는 이러한 전기 신호를 정류기로 출력하고, 정류기는 수신된 전력 신호를 정류하여, 각각의 공동(64) 내부에 배치된 각각의 래칭 솔레노이드에 제어 가능하게 결합되는 DC 신호를 획득한다. 이러한 전력이 개별 래칭 솔레노이드들에 결합되지만, 전력은 스위칭 및 래칭 전류의 전계효과 트랜지스터들로 인해 이들을 통해 흐르지 않는다. 다시 말하면, 개별 래칭 솔레노이드들(42) 각각은 고유의 전계효과 트랜지스터에 결합된다. 정류기의 출력은 이후 인가되어, 고유하게 연관된 전계효과 트랜지스터가 마이크로프로세서에 의해 활성화되거나 인에이블될 때에만, 개별 래칭 솔레노이드(42)를 통해 흐른다. 특정한 래칭 솔레노이드(42)와 연관된 개별 전계효과 트랜지스터가 디스에이블되면, 개별 래칭 솔레노이드(42)로의 전력의 흐름은 차단 또는 금지되고, 그 결과로 래칭 솔레노이드(42)는 통전되지 않는다.
마이크로프로세서는 각각의 전계효과 트랜지스터에, 그리고 스트럿들(39)의 위치를 감지하는 위치 센서들(90)에 결합된다. 위치 센서들(90)은 각각의 래칭 솔레노이드(42)에 의해 구동된 스트럿들(39)의 위치를 나타내는 신호를 생성하기 위해 프레임 레일(66) 내부에서 전개된다. 위치 센서들은 마이크로프로세서로 다운로드되고, 마이크로프로세서에 의해 저장되며, 이후 마이크로프로세서로부터 출력된다.
양방향 데이터 통신
변조기 및 동력 구동 회로는 주제어기로부터 제어 데이터를 수신하는 입력을 구비한다. (전원으로부터) 회로에 의해 수신된 전력 신호는 주제어기로부터의 제어 데이터에 의해 변조된다. 회로 내의 튜닝된 회로는 공진 주파수를 가진다. 공진 주파수는 전원으로부터 래칭 솔레노이드들로의 효율적인 전력 전달을 제공한다. 주제어기(12)로부터 래칭 솔레노이드들로 제어 데이터를 전송하는 것이 바람직할 때, 제어 데이터는 회로로 전송된다. 회로는 제어 데이터에 따라 전력 신호의 변동 또는 변조를 포함하는 신호를 인덕터(74)에서 생성되게 한다. 이러한 제어 데이터가 전송된 후, 회로는 (인덕터(74)를 통해) 인덕터(76)로 실질적으로 비변경 또는 비변조된 전력을 전달한다. 다시 말하면, 전원으로부터의 전력 신호는 주제어기로부터 수신된 제어 데이터에 따라 초기에 변경된다. 이러한 방식으로, 제어 데이터는 주제어기와 마이크로프로세서 사이의 물리적인 연결 또는 일종의 추가 통신 장치의 필요성 없이 주제어기로부터 마이크로프로세서로 전송될 수 있다.
전력이 (래칭 솔레노이드들을 활성화하려는 목적으로) 펄스 형태로 개별 래칭 솔레노이드들로 전달될 뿐만 아니라, 동일한 전력 신호가 주제어기로부터 마이크로프로세서로 전송되는 것이 바람직한 제어 또는 피드백 데이터에 따라 수정 또는 변경된다. 이러한 방식으로, 솔레노이드들 및 솔레노이드 제어기는 (솔레노이드 제어기와 주제어기 사이의 물리적 연결이 필요하기 않기 때문에) 액세스 불가능한 장소에서 전개될 수 있으므로, 솔레노이드 제어기가 전체 설계상의 단순함을 유지하는 한편, 다양한 환경에 더 잘 적응될 수 있다.
개별 전계효과 트랜지스터가 연관된 래칭 솔레노이드를 활성화할 때, 부하가 인덕터(76)와 인덕터(74) 사이의 유속 전달에 의해 인덕터(74)로 반영된다. 전계효과 트랜지스터를 주기적으로 활성화 및 비활성화함으로써, 프로그래밍된 마이크로프로세서는 인덕터들(74, 76) 사이의 변동을 야기한다. 이러한 유속은 인덕터들(74, 76) 사이의 전술한 전력 전달 때문에 발생하고/발생하거나 존재한다. 이러한 유속의 변동은 복조기를 통해 솔레노이드 제어기로부터 주제어기로 피드백 데이터를 전송하기 위해 본 발명의 바람직한 구현예에서 사용된다. 이러한 피드백 데이터는 마이크로프로세서에 의한 전계효과 트랜지스터들 중 하나의 선택적인 활성화 및 비활성화에 의해 주제어기로 전송된다. 이러한 방식으로, 스트럿 위치 데이터와 같은 피드백 데이터가 솔레노이드 제어기와 주제어기 사이의 물리적인 연결의 필요성 없이 위치 센서들(90)로부터 솔레노이드 제어기로, 이후 주제어기로 전달될 수 있다.
도 7은 도 4의 전체 파워트레인의 횡단면도이다. E-기계 모듈이 변속기에 통합된 4단 변속기이다. E-기계 모듈은 발전기/E-모터 및 주요 구동 모터(E-모터)를 포함한다. IC 엔진을 발전기/모터에 연결하는 2개의 양방향 클러치(발전기가 IC 엔진을 시동하게 하는 시동 클러치, 및 IC 엔진으로부터 발전기로 동력을 전달하는 구동 클러치)가 있다. 다른 양방향 클러치가 주요 구동 E-모터(최우측 모터)를 변속기 내의 후방 선 기어(S2)에 연결한다. 또한, 발전기/모터를 변속기 내의 캐리어(C)에 연결하는 일방향 클러치가 있다.
E-기계 모듈 내에서, 제어 가능한 클러치들은 E-기계들의 회전자들에 내장된다. 내장형 클러치들을 구비한 E-기계들이 조합되어 변속기의 일반적인 케이스에 삽입된다.
이제 도 9를 참조하면, 커플링 또는 클러치 어셈블리를 제어하기 위한 래칭 솔레노이드(192)의 제2 구현예가 도시되어 있다. 커플링 또는 클러치 어셈블리는 적어도 잠금 형성부(206)가 형성된 환상 클러치 플레이트(250), 및 전체적으로 도면부호 234로 나타낸 환상 포켓 부재 또는 플레이트를 포함한다. 플레이트(234)의 내부 축방향-연장면은 차량 변속기의 토크 전달 요소와 맞물리기 위한 내부 스플라인들을 구비한다. 플레이트(234)의 내부 반경방향-연장면은 이격된 역방향 포켓들(238)을 구비하여 형성되고, 그 안에 역방향 스트럿들(239)이 수용되며 피벗(204)을 중심으로 피벗회전하도록 유지되고, 피벗(204)은 액추에이터(140)의 일 단(210)을 스트럿(239)에 피벗 연결한다. 액추에이터(140)의 타단은 액추에이터(140)에 장착된 링(190)과 원통형 부재(188)의 단부 사이에 배치된 코일 스프링(200)에 의해 보통 좌측으로 편향된다. 각각의 역방향 스트럿(239)의 맞물림 부분은 전체적으로 도면부호 142로 나타낸 자기 래칭 솔레노이드의 돔형 플런저 또는 푸시핀의 형태를 가진 액추에이터(140)에 의해 제어된다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 래칭 솔레노이드(142)는 잠금 칼라(193)에 의해 단부 하우징 부재(191) 상에 고정된 장착 플랜지(189)에 의해 공동(64) 내부에서 개구형 플레이트(218)에 장착된다. 장착 부재들(214)은 플랜지(189)를 통해 형성된 개구들(212)을 통해 연장되며, 플레이트(218)의 표면 상의 잠금 형성부들(216)에 고정된다. 다른 개구형 플레이트(220)를 사용하여 플레이트(218)를 플레이트(234)에 고정할 수 있다. 제2 단부 하우징 부재(186)가 솔레노이드(142)의 타 단을 폐쇄하며, 밀봉 목적으로 O링을 포함할 수 있다. 솔레노이드(142)는 또한 외부 하우징 부재(199)를 포함한다.
푸시핀 또는 액추에이터(140: 도 4에서 완전 연장된 위치로 도시됨)는 솔레노이드(142)의 전기자(192)와 함께 솔레노이드(142) 내부에서 왕복운동하고, 그에 따라 핀(140)은 플레이트(234)의 유로(243) 내부에서 왕복운동한다. 푸시핀(140)은 왕복운동을 위해 원통형 부재(188)의 테프론-코팅된 내면에 의해 지지된다. 잠금 링(190)이 핀(140)과 함께 이동한다. 부재(188)는 부재들(141)에 의해 솔레노이드(142)의 양 단에서 지지된다. 전기자(192)는 상부 코일 어셈블리(194), 영구 자석(196), 및 하부 코일 어셈블리(198)와 인접하게 위치한다. 코일 어셈블리들(194, 198)은 적절한 수지(197)에 삽입된 코일들을 포함한다. 스프링들(200, 202)이 연장 및 수축 위치 사이에서 핀(140)을 편향시킨다. 예컨대, 스프링(200)은 링(190)과 부재(188)의 일 단 사이에 위치하고, 스프링(202)은 부재(188)의 타 단과 핀(140)의 돔 부분(210)의 내면 사이에 위치한다.
유로(243)는 솔레노이드(142)가 수용된 전체적으로 도면부호 66으로 포함된 프레임 레일의 공동(64)을 포켓(238)과 소통되게 하여, 역방향 스트럿(239)의 타 단을 구동하며, 스프링(200)의 편향을 극복한다.
예시적인 구현예들이 상기에 설명되었지만, 이러한 구현예들은 본 발명의 모든 가능한 형태들을 설명하도록 의도된 것이 아니다. 오히려, 본 명세서에 사용된 용어들은 한정이 아닌 설명을 위한 용어들이며, 다양한 변경들이 본 발명의 정신 및 범주를 벗어남 없이 가능함은 물론이다. 또한, 다양하게 실시된 구현예들의 특징들이 본 발명의 또 다른 구현예들을 형성하도록 조합될 수 있다.

Claims (35)

  1. 변속기를 포함하는 차량 구동 시스템에 있어서,
    제1, 제2, 제3, 및 제4 요소를 구비한 복합 유성 기어 세트로서, 상기 제2 요소가 상기 변속기의 출력 샤프트와 연결되는 복합 유성 기어 세트;
    변속기 하우징;
    원하는 변속비를 얻기 위해 전기 신호에 응답하여 상기 제1 및 제4 요소를 구동시키도록 상기 제1 및 제4 요소와 연결되는 출력 샤프트를 구비한 전기 모터; 및
    상기 제4 요소를 상기 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제4 요소를 상기 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제어 가능한 클러치 어셈블리를 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제4 요소를 상기 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제4 요소를 상기 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가지며, 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제어 가능한 브레이크 어셈블리를 더 포함하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제3 요소를 상기 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제3 요소를 상기 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가지며, 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제어 가능한 브레이크 어셈블리를 더 포함하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 비마찰 제어 가능한 제1 및 제2 브레이크 어셈블리로서, 상기 제1 브레이크 어셈블리는 상기 제4 요소를 상기 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제4 요소를 상기 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가지고, 상기 제2 브레이크 어셈블리는 상기 제3 요소를 상기 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제3 요소를 상기 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가지며, 상기 제1 및 제2 브레이크 어셈블리는 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어되는 제1 및 제2 브레이크 어셈블리를 더 포함하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 요소는 각각 제1 선 기어, 링 기어, 캐리어, 및 제2 선 기어를 포함하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 요소를 상기 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제1 요소를 상기 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 클러치 어셈블리를 더 포함하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제3 요소는 상기 발전 장치의 출력 샤프트와 연결 중이고, 상기 시스템은 상기 제3 요소를 상기 발전 장치의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제3 요소를 상기 발전 장치의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 클러치 어셈블리를 더 포함하는 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 출력 샤프트를 구비한 발전 장치를 더 포함하고, 상기 시스템은 상기 발전 장치의 출력 샤프트를 엔진의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 발전 장치의 출력 샤프트를 상기 엔진의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 클러치 어셈블리를 더 포함하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전기 모터는 제어 신호에 응답하여 회생 제동을 위해 사용되는 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 클러치 어셈블리는 상기 제4 요소로 하여금 결합해제 상태에서 상기 모터의 출력 샤프트에 대해 자유회전하게 하는 오버러닝 커플링 어셈블리를 포함하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 클러치 어셈블리는 상기 제4 요소에 결합되는 제1 부재, 상기 모터의 출력 샤프트에 결합되는 제2 부재, 및 결합 상태에서 상기 제1 및 제2 부재를 서로 선택적으로 결합시키기 위한 적어도 하나의 래칫 부재를 포함하는 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 전력 신호에 응답하여 상기 클러치 어셈블리의 상태를 제어하는 전기기계 장치를 더 포함하는 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전기기계 장치는 래칭 솔레노이드를 포함하는 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전기 모터는 하우징 내부에 장착되는 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 클러치 어셈블리를 포함하는 복수의 비마찰 비유압식으로 제어되는 커플링 어셈블리를 포함하는 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 복수의 비마찰 커플링 어셈블리는 적어도 하나의 일방향 브레이크 어셈블리를 포함하는 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 상기 변속기는 자동 변속기인 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 변속기는 자동차용 다중-속도 스텝비 변속기인 시스템.
  19. 3단 변속기를 포함하는 차량 구동 시스템에 있어서,
    제1, 제2, 제3, 및 제4 요소를 구비한 복합 유성 기어 세트로서, 상기 제2 요소가 상기 변속기의 출력 샤프트와 연결되는 복합 유성 기어 세트;
    변속기 하우징;
    원하는 변속비를 얻기 위해 전기 신호에 응답하여 상기 제1 및 제4 요소를 구동시키도록 상기 제1 및 제4 요소와 연결되는 출력 샤프트를 구비한 전기 모터;
    비마찰 제어 가능한 제1 및 제2 브레이크 어셈블리로서, 상기 제1 브레이크 어셈블리는 상기 제4 요소를 상기 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제4 요소를 상기 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가지고, 상기 제2 브레이크 어셈블리는 상기 제3 요소를 상기 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제3 요소를 상기 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가지며, 상기 제1 및 제2 브레이크 어셈블리는 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어되는 제1 및 제2 브레이크 어셈블리; 및
    상기 제4 요소를 상기 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제4 요소를 상기 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 클러치 어셈블리를 포함하는 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 요소는 각각 제1 선 기어, 링 기어, 캐리어, 및 제2 선 기어를 포함하는 시스템.
  21. 제19항에 있어서, 상기 전기 모터는 제어 신호에 응답하여 회생 제동을 위해 사용되는 시스템.
  22. 제19항에 있어서, 상기 클러치 어셈블리는 상기 제4 요소로 하여금 결합해제 상태에서 상기 모터의 출력 샤프트에 대해 자유회전하게 하는 오버러닝 커플링 어셈블리를 포함하는 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 클러치 어셈블리는 상기 제4 요소에 결합되는 제1 부재, 상기 모터의 출력 샤프트에 결합되는 제2 부재, 및 결합 상태에서 상기 제1 및 제2 부재를 서로 선택적으로 결합시키기 위한 적어도 하나의 래칫 부재를 포함하는 시스템.
  24. 제19항에 있어서, 전력 신호에 응답하여 상기 클러치 어셈블리의 상태를 제어하는 전기기계 장치를 더 포함하는 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 전기기계 장치는 래칭 솔레노이드를 포함하는 시스템.
  26. 제19항에 있어서, 상기 전기 모터는 하우징 상에 장착되는 시스템.
  27. 제19항에 있어서, 상기 변속기는 자동 변속기인 시스템.
  28. 제19항에 있어서, 상기 변속기는 자동차용 다중-속도 스텝비 변속기인 시스템.
  29. 다중-속도 변속기를 포함하는 차량 구동 시스템에 있어서,
    제1, 제2, 제3, 및 제4 요소를 구비한 복합 유성 기어 세트로서, 상기 제2 요소가 상기 변속기의 출력 샤프트와 연결되고, 상기 제3 요소가 발전 장치의 출력 샤프트와 연결되는 복합 유성 기어 세트;
    변속기 하우징;
    원하는 변속비를 얻기 위해 전기 신호에 응답하여 상기 제1 및 제4 요소를 구동시키도록 상기 제1 및 제4 요소와 연결되는 출력 샤프트를 구비한 전기 모터;
    비마찰 제어 가능한 제1 및 제2 브레이크 어셈블리로서, 상기 제1 브레이크 어셈블리는 상기 제4 요소를 상기 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제4 요소를 상기 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가지고, 상기 제2 브레이크 어셈블리는 상기 제3 요소를 상기 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제3 요소를 상기 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가지며, 상기 제1 및 제2 브레이크 어셈블리는 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어되는 제1 및 제2 브레이크 어셈블리;
    상기 제4 요소를 상기 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제4 요소를 상기 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제1 클러치 어셈블리;
    상기 제1 요소를 상기 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제1 요소를 상기 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제2 클러치 어셈블리; 및
    상기 제3 요소를 상기 발전 장치의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제3 요소를 상기 발전 장치의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제3 클러치 어셈블리를 포함하는 시스템.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 요소는 각각 제1 선 기어, 링 기어, 캐리어, 및 제2 선 기어를 포함하는 시스템.
  31. 제29항에 있어서, 상기 전기 모터는 제어 신호에 응답하여 회생 제동을 위해 사용되는 시스템.
  32. 다중-속도 변속기를 포함하는 차량 구동 시스템에 있어서,
    출력 샤프트를 구비한 발전 장치;
    제1, 제2, 제3, 및 제4 요소를 구비한 복합 유성 기어 세트로서, 상기 제2 요소가 상기 변속기의 출력 샤프트와 연결되며, 상기 제3 요소가 상기 발전 장치의 출력 샤프트와 연결되는 복합 유성 기어 세트;
    변속기 하우징;
    원하는 변속비를 얻기 위해 전기 신호에 응답하여 상기 제1 및 제4 요소를 구동시키도록 상기 제1 및 제4 요소와 연결되는 출력 샤프트를 구비한 전기 모터;
    비마찰 제어 가능한 제1 및 제2 브레이크 어셈블리로서, 상기 제1 브레이크 어셈블리는 상기 제4 요소를 상기 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제4 요소를 상기 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가지고, 상기 제2 브레이크 어셈블리는 상기 제3 요소를 상기 하우징에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제3 요소를 상기 하우징으로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태를 가지며, 상기 제1 및 제2 브레이크 어셈블리는 원하는 변속비를 유지하기 위해 상태를 변경하도록 비유압식으로 제어되는 제1 및 제2 브레이크 어셈블리;
    상기 제4 요소를 상기 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제4 요소를 상기 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제1 클러치 어셈블리;
    상기 제1 요소를 상기 모터의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제1 요소를 상기 모터의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제2 클러치 어셈블리;
    상기 제3 요소를 상기 발전 장치의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 제3 요소를 상기 발전 장치의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제3 클러치 어셈블리;
    상기 발전 장치의 출력 샤프트를 엔진의 출력 샤프트에 결합시키기 위한 결합 상태 및 상기 발전 장치의 출력 샤프트를 상기 엔진의 출력 샤프트로부터 결합해제시키기 위한 결합해제 상태 사이에서 변경되도록 비유압식으로 제어되는 비마찰 제4 클러치 어셈블리를 포함하는 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 요소는 각각 제1 선 기어, 링 기어, 캐리어, 및 제2 선 기어를 포함하는 시스템.
  34. 제32항에 있어서, 상기 전기 모터는 제어 신호에 응답하여 회생 제동을 위해 사용되는 시스템.
  35. 제32항에 있어서, 상기 전기 모터와 상기 발전 장치는 하우징 내부에 장착되는 시스템.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9127724B2 (en) * 2010-12-10 2015-09-08 Means Industries, Inc. Electromechanical apparatus for use with a coupling assembly and controllable coupling assembly including such apparatus
WO2015030899A1 (en) * 2013-08-27 2015-03-05 Means Industries, Inc. Magnetic system for controlling the operating mode of an overrunning coupling assembly and overrunning coupling and magnetic control assembly having same
WO2017165507A1 (en) * 2016-03-23 2017-09-28 Means Industries, Inc. Controllable coupling assembly and coupling member for use in the assembly
US10533617B2 (en) 2016-09-01 2020-01-14 Magna Powertrain Inc. Strut-type selectable clutch with hydraulic deployment prevention features
WO2018232121A1 (en) * 2017-06-14 2018-12-20 Dana Automotive Systems Group, Llc Actuation mechanism
US11022186B2 (en) 2018-04-18 2021-06-01 Magna Powertrain, Inc. Selectable one-way coupling with debris containment
DE102018215778A1 (de) * 2018-09-17 2020-03-19 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung eines Fahrzeugs mit zwei gleichwertigen Fahrtrichtungen sowie Antriebsanordnung
US10704597B2 (en) * 2018-11-30 2020-07-07 Arvinmeritor Technology, Llc Axle assembly having a bearing preload module
US11415199B2 (en) * 2020-05-29 2022-08-16 Deere & Company Bi-directional multi-speed drive
US11326570B1 (en) 2020-10-26 2022-05-10 Deere & Company Multi-mode integrated starter-generator device with unidirectional input
US11624170B2 (en) 2021-02-25 2023-04-11 Deere & Company Work vehicle multi-speed drive assembly with clutch retention mechanism
US11866910B2 (en) 2021-02-25 2024-01-09 Deere & Company Work vehicle multi-speed drive assembly with output control clutch
US11719209B2 (en) 2021-03-29 2023-08-08 Deere & Company Integrated starter-generator device with unidirectional clutch actuation utilizing biased lever assembly
US11761515B2 (en) 2021-05-20 2023-09-19 Deere & Company Work vehicle multi-speed drive assembly with guided dog clutch
US11686374B2 (en) 2021-07-23 2023-06-27 Deere & Company Work vehicle multi-speed drive assembly providing multiple gear ratios at same step ratio

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1640202B1 (en) * 2003-06-30 2011-11-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Hybrid drive device and automobile mounted with device
JP4450017B2 (ja) * 2007-06-22 2010-04-14 トヨタ自動車株式会社 動力出力装置およびそれを備えたハイブリッド自動車
US7914416B2 (en) * 2007-10-11 2011-03-29 GM Global Technology Operations LLC Hybrid powertrain with single electric motor integrated within automatic transmission
US7942781B2 (en) * 2007-10-12 2011-05-17 Means Industries, Inc. High-efficiency vehicular transmission
US8007396B2 (en) * 2008-08-25 2011-08-30 Ford Global Technologies, Llc Planetary transmission having common carrier for generating six forward and two reverse drive ratios

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