KR20140065237A

KR20140065237A - 차량용 자동변속기의 유성기어트레인

Info

Publication number: KR20140065237A
Application number: KR1020120132516A
Authority: KR
Inventors: 이창욱; 서강수; 국재창; 박종술; 노명훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-05-29
Also published as: JP2014101996A; DE102013107783A1; US20140141928A1; CN103836130A; KR101416376B1

Abstract

차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 자동변속기의 유성기어트레인은 엔진의 동력을 전달받는 제1축; 상기 제1축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제2축; 상기 제2축상에 배치되어 상기 제1축과 2개의 경로를 통해 선택적으로 외접 기어 연결됨과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제1 회전요소와, 상기 제1축과 1개의 경로를 통해 선택적으로 외접 기어 연결됨과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제2 회전요소와, 출력기어와 연결되어 출력요소로 작동하는 제3 회전요소와, 상기 제1축과 1개의 경로를 통해 선택적으로 외접 기어 연결되는 제4 회전요소를 보유하는 복합유성기어세트;
상기 외접 기어 연결부에 개재되는 2개의 트랜스퍼 기어; 상기 제1, 제2, 제4 회전요소를 선택적으로 상기 제1축과 연결하는 클러치 및 상기 제1, 제2 회전요소를 변속기 하우징과 가변적으로 연결하는 브레이크로 이루어지는 6개의 마찰요소를 포함한다.

Description

차량용 자동변속기의 유성기어트레인{PLANETARY GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 자동변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탑재성과 동력전달성능을 향상시키고 연비를 저감할 수 있는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인에 관한 것이다.

최근 세계적인 고유가와 배기가스 배출 규제 등이 점점 강화됨으로써, 자동차 메이커들은 친환경적으로 연비를 향상시킬 수 있는 기술 개발에 총력을 기울이고 있다.

자동변속기에 있어서의 연비 개선 방법으로서는 구현 가능한 변속단이 많은 다단 변속 메커니즘이며, 통상적인 자동변속기의 다단 변속 메커니즘은 복수의 유성기어세트와 마찰요소의 조합으로 구현된다.

이러한 다단 변속 메커니즘은 구현 가능한 변속단이 많을수록 보다 적절한 변속비의 설계가 가능할 뿐만 아니라 동력성능 및 연비 면에서 우수한 차량을 구현할 수 있기 때문에 보다 많은 변속단을 구현할 수 있도록 꾸준한 연구가 이루어지고 있다.

상기와 같은 다단 변속 메커니즘을 구성하는 유성기어트레인은 동일 변속단을 구현하더라도 회전요소(선기어, 유성 캐리어, 링기어)의 연결 구성에 따라 내구성, 동력전달효율, 크기 등이 달라지기 때문에 보다 견고하고, 동력손실이 없으며, 콤팩트하게 제작하기 위한 연구 개발이 지속되고 있다.

그러나 변속단이 늘어날수록 자동 변속기내의 부품수도 증가하여 탑재성, 원가, 중량 및 동력전달효율이 악화될 수 있다.

특히, 부품수가 많은 경우에는 전륜 구동용 차량에 탑재하는데 제한 요인이 될 수 있기 때문에 부품수를 최소화하는 것이 자동 변속기 경쟁력의 필수 요건 중 하나이다.

본 발명의 실시 예는 하나의 복합유성기어세트를 배치하고, 상기 복합유성기어세트의 각 회전요소를 입력축인 제1축과 다수의 외접기어를 통해 연결하여 전진8속과 후진 2속의 변속단을 구현함으로써, 부품수와 전장을 최소화하여 탑재성을 향상시킬 수 있는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

또한, 다수의 외접 기어를 적용하여 자유로운 기어 잇수 변경으로 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 이에 따른 동력전달성능 및 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

또한, 후진 2속 변속단을 구현함으로써, 후진 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진의 동력을 전달받는 제1축; 상기 제1축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제2축; 상기 제2축상에 배치되어 상기 제1축과 2개의 경로를 통해 선택적으로 외접 기어 연결됨과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제1 회전요소와, 상기 제1축과 1개의 경로를 통해 선택적으로 외접 기어 연결됨과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제2 회전요소와, 출력기어와 연결되어 출력요소로 작동하는 제3 회전요소와, 상기 제1축과 1개의 경로를 통해 선택적으로 외접 기어 연결되는 제4 회전요소를 보유하는 복합유성기어세트;

상기 외접 기어 연결부에 개재되는 2개의 트랜스퍼 기어; 상기 제1, 제2, 제4 회전요소를 선택적으로 상기 제1축과 연결하는 클러치 및 상기 제1, 제2 회전요소를 변속기 하우징과 가변적으로 연결하는 브레이크로 이루어지는 6개의 마찰요소를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인을 제공할 수 있다.

또한, 복합유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트인 제1 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트인 제2 유성기어세트를 조합하되, 링기어와 유성캐리어를 공유하는 유성기어세트로서, 제1 회전요소는 제1 선기어, 제2 회전요소는 공유 유성캐리어, 제3 회전요소는 공유 링기어, 제4 회전요소는 제2 선기어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 2개의 트랜스퍼 기어는 제1축을 제1 회전요소와 제4 회전요소에 외접기어 연결하는 제1 트랜스퍼 기어; 제1축을 제1 회전요소와 제2 회전요소에 외접기어 연결하는 제2 트랜스퍼 기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 6개의 마찰요소는 제1 트랜스퍼 기어와 제4 회전요소 사이에 배치되는 제1 클러치; 제1 트랜스퍼 기어와 제1 회전요소 사이에 배치되는 제2 클러치; 제2 트랜스퍼 기어와 제1 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치; 제2 트랜스퍼 기어와 제2 회전요소 사이에 배치되는 제4 클러치; 제2 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크; 제1 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크를 포함할 수 있다.

또한, 상기 6개의 마찰요소 중 2개의 동시 체결에 의하여 구현되는 변속단은 상기 제1 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제1 변속단; 상기 제1 클러치와 제2 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제2 변속단; 상기 제1 클러치와 제2 클러치가 동시에 작동하는 전진 제3속 변속단; 상기 제1 클러치와 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제4속 변속단; 상기 제1 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제5속 변속단; 상기 제3 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제6속 변속단; 상기 제2 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제7속 변속단; 상기 제4 클러치와 제2 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제8속 변속단; 상기 제2 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 후진 1속 변속단; 상기 제3 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 후진 변속단을 포함할 수 있다.

또한, 상기 복합유성기어세트는 더블 피니언 유성기어세트인 제1, 제2 유성기어세트의 조합으로 이루어지며, 제1 회전요소가 제1 선기어, 제2 회전요소가 제1 링기어 및 제2 유성캐리어, 제3 회전요소가 제1 유성캐리어 및 제2 링기어, 제4 회전요소가 제2 선기어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 복합유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트인 제1, 제2 유성기어세트의 조합으로 이루어지며, 제1 회전요소가 제1 선기어, 제2 회전요소가 제1 유성캐리어 및 제2 링기어, 제3 회전요소가 제1 링기어 및 제2 유성캐리어, 제4 회전요소가 제2 선기어로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예는 단순유성기어세트로 이루어지는 1개의 복합유성기어세트와 2개의 트랜스퍼 기어, 그리고 6개의 마찰요소 조합으로 전진 8속 및 후진 2속의 변속단을 구현한다.

그리고 1개의 복합유성기어세트를 입력축인 제1축과 평행하게 배치되는 제2축에 배치하고, 상기 제1축과 외접기어인 트랜스퍼 기어로 연결함으로써, 전장이 축소되어 탑재성을 향상시킨다.

또한, 복합유성기어세트 이외에 외접 기어인 2개의 트랜스퍼 기어를 적용함으로써, 자유로운 기어 잇수 변경으로 차량별 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 요구 성능 조건에 맞도록 기어 변경이 가능하여 발진 성능을 향상시킴으로써, 동력전달성능 및 연비를 향상시킬 수 있으며, 기존의 토크 컨버터를 삭제하고 발진 클러치의 적용이 가능할 수 있다.

그리고 후진 2속 변속단을 구현함으로써, 후진 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 각 변속단에서 2개의 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어지고, 서로 이웃하는 변속단으로의 순차 변속시 하나의 마찰요소 작동이 해제되고 다른 하나의 마찰요소가 작동 제어되면서 변속이 이루어짐으로써, 변속 작동 제어 조건을 충분히 충족시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 마찰요소의 각 변속단별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 변속선도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 통하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

단, 본 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

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

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은

서로 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제1축(IS1) 및 제2축(IS2)과, 상기 제2축(IS2)상에 배치되는 복합유성기어세트(CPG)와, 2개의 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)와, 4개의 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 2개의 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 마찰요소를 포함한다.

이에 따라, 제1축(IS1)으로부터 입력되는 회전동력은 2개의 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)와, 상기 복합유성기어세트(CPG)의 상호 보완작동에 의하여 전진 8속 및 후진 2속으로 변속되어 출력기어(OG)를 통해 출력된다.

상기 제1축(IS1)은 입력부재로서 엔진의 크랭크 샤프트로부터의 회전동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어져 입력된다.

상기 제2축(IS2)은 상기 복합유성기어세트(CPG)를 회전 간섭없이 지지한다.

상기 복합유성기어세트(CPG)는 싱글 피니언 유성기어세트인 제1 유성기어세트(PG1)와, 더블 피니언 유성기어세트인 제2 유성기어세트(PG2)를 조합하되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하는 래비뉴 타입의 복합유성기어세트로 이루어진다.

이에 따라 상기 복합 유성기어세트(CPG)는 설명의 편의상 상기 링기어를 공유 링기어(R12), 유성 캐리어를 공유 유성캐리어(PC12), 롱 피니언(P1)과 치합되는 선기어를 제1 선기어(S1), 숏 피니언(P2)과 치합되는 선기어를 제2 선기어(S2)로 지칭할 때, 제1 회전요소(N1)는 제2 선기어(S2), 제2 회전요소(N2)는 공유 링기어(R12), 제3 회전요소(N3)는 공유 유성캐리어(PC12), 제4 회전요소(N4)는 제1 선기어(S1)로 이루어진다.

또한, 상기 복합유성기어세트(CPG)는 상기 제3 회전요소(N3)가 출력요소로서 출력기어(OG)와 연결되며, 상기 제1, 제2, 제4 회전요소(N1)(N2)(N4)는 2개의 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)와 6개의 마찰요소(C1)(C2)(C3)(C4)(B1)(B2)를 통해 제1축(IS1)과 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결된다.

상기에서 제1, 제2 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)는 각각 서로 외접하는 제1, 제2 트랜스퍼 드라이브 기어(TF1a)(TF2a)와 제1, 제2 트랜스퍼 드리븐 기어(TF1b)(TF2b)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 트랜스퍼 기어(TF1)는 제1축(IS1)의 회전동력을 제1 회전요소(N1)와 제4 회전요소(N4)에 전달할 수 있도록 배치된다.

상기 제2 트랜스퍼 기어(TF2)는 제1축(IS1)의 회전동력을 제1 회전요소(N1)와 제2 회전요소(N2)에 전달할 수 있도록 배치된다.

이에 따라 상기 제1, 제2 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)에 의하여 연결되는 각각의 회전요소는 그 기어비에 따라 상기 제1축(IS1)의 회전방향과 반대방향으로 회전하게 된다.

그리고 상기 제1축(IS1)과 선택된 회전요소를 가변적으로 연결하거나 선택된 회전요소를 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결하는 4개의 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 2개의 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 마찰요소는 다음과 같이 배치된다.

상기 제1 클러치(C1)는 제1 트랜스퍼 기어(TF1)와 제4 회전요소(N4) 사이에 배치되어 제1축(IS1)의 회전동력이 선택적으로 제4 회전요소(N4)로 전달되도록 한다.

상기 제2 클러치(C2)는 제1 트랜스퍼 기어(TF1)과 제1 회전요소(N1) 사이에 배치되어 제1축(IS1)의 회전동력이 선택적으로 제1 회전요소(N1)로 전달되도록 한다.

상기 제3 클러치(C3)는 제2 트랜스퍼 기어(TF2) 제1 회전요소(N1) 사이에 배치되어 제1축(IS1)의 회전동력이 선택적으로 제1 회전요소(N1)로 전달되도록 한다.

상기 제4 클러치(C4)는 제2 트랜스퍼 기어(TF2)와 제2 회전요소(N2) 사이에 배치되어 제1축(IS1)의 회전동력이 선택적으로 제2 회전요소(N2)로 전달되도록 한다.

상기 제1 브레이크(B1)는 제2 회전요소(N2)와 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 선택적으로 제2 회전요소(N2)가 고정요소로 작동할 수 있도록 한다.

상기 제2 브레이크(B2)는 제1 회전요소(N1)와 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 선택적으로 제1 회전요소(N1)가 고정요소로 작동할 수 있도록 한다.

상기에서 제2 클러치(C2)와 제3 클러치(C3)는 모두 제1축(IS1)을 제1 회전요소(N1)와 가변적으로 연결하는 역할을 수행하지만, 제1 트랜스퍼 기어(TF1)와 제2 트랜스퍼 기어(TF2)의 기어비가 서로 다르기 때문에 제1 회전요소(N1)로 전달되는 회전속도는 달라진다.

상기에서 제1, 제2, 제3, 제4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 각 마찰요소는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 마찰요소의 각 변속단별 작동표이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 각 변속단에서 2개의 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어진다.

전진 1속 변속단(1ST)은 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 2속 변속단(2ND)은 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 3속 변속단(3RD)은 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 4속 변속단(4TH)은 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 5속 변속단(5TH)은 제1 클러치(C1)와 제4 클러치(C4)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 6속 변속단(6TH)은 제3 클러치(C3)와 제4 클러치(C4)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 7속 변속단(7TH)은 제2 클러치(C2)와 제4 클러치(C4)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 8속 변속단(8TH)은 제4 클러치(C4)와 제2 브레이크(B2)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

후진 1속 변속단(R1)은 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

후진 2속 변속단(R2)은 제3 클러치(C3)와 제1 브레이크(B1)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 각 변속단별 변속선도이며, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 유성기어트레인의 변속과정을 레버 해석법으로 도시하고 있다.

도 3을 참조하면, 4개의 세로선은 좌측으로부터 제1, 제2, 제3, 제4 회전요소(N1)(N2)(N3)(N4)로 설정되며, 중간의 회전속도 "0"인 가로선을 기준으로 그 상측은 정회전을 나타내고, 그 하측은 역회전을 나타낸다.

그리고 도 3에서 "-"는 엔진의 회전방향과 반대방향을 의미하며, 상기 제1축(IS1)과 복합유성기어세트(CPG)의 연결시 중간에 아이들링 기어(Idling Gear) 없이 제1, 제2 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)를 통해 외접 연결되는 바, 복합유성기어셋트(CPG)의 각 회전요소에 반대방향으로 입력이 이루어지기 때문에 "-" 를 부여한 것이다.

또한, "0,5", "-0,5", "-1.0"과 같은 숫자는 입력 회전수를 "1.0"으로 가정했을 때 나타낸 숫자이며, 세로선 간격은 복합유성기어세트(CPG)의 각 기어비(선기어의 잇수와 링기어의 잇수)에 따라 설정된다.

이하, 도 2와 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 각 변속단별 변속과정을 설명한다.

[전진 1속]

도 2를 참조하면, 전진 1속 변속단(1ST)에서는 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력은 상기 제1 클러치(C1)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제4 회전요소(N4)로 역회전 입력되고, 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제2 회전요소(N2)가 고정요소로 작동한다.

이에 따라 복합유성기어세트(CPG)에서는 제1속 변속선(SP1)을 형성하며, 출력요소인 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 D1 만큼 출력되는 전진 1속 변속이 이루어진다.

[전진 2속]

전진 2속 변속단(2ND)에서는 상기 전진 1속의 상태에서 작동하던 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제2 브레이크(B2)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력은 상기 제1 클러치(C1)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제4 회전요소(N4)로 역회전 입력되고, 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제1 회전요소(N1)가 고정요소로 작동한다.

이에 따라 복합유성기어세트(CPG)에서는 제2속 변속선(SP2)을 형성하며, 출력요소인 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 D2 만큼 출력되는 전진 2속 변속이 이루어진다.

[전진 3속]

전진 3속에서는 상기 전진 2속의 상태에서 작동하던 제2 브레이크(B2)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력은 상기 제1 클러치(C1)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제4 회전요소(N4)로 역회전 입력됨과 동시에 상기 제2 클러치(C2)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제1 회전요소(N1)로 역회전 입력된다.

즉, 제1 회전요소(N1)와 제4 회전요소(N4)에는 공용으로 사용되는 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 동일 회전속도로 입력이 이루어지면서, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제3속 변속선(SP3)을 형성하며, 출력요소인 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 입력 그대로인 D3 만큼 출력되는 전진 3속 변속이 이루어진다.

[전진 4속]

전진 4속에서는 상기 전진 3속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력은 상기 제1 클러치(C1)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제4 회전요소(N4)로 역회전 입력됨과 동시에 상기 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)의 기어비에 따라 제1 회전요소(N1)로 역회전 입력된다.

이에 따라 복합유성기어세트(CPG)에서는 제4속 변속선(SP4)을 형성하며, 출력요소인 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 D4 만큼 출력되는 전진 4속 변속이 이루어진다.

[전진 5속]

전진 5속에서는 상기 전진 4속의 상태에서 작동하던 제3 클러치(C3)의 작동이 해제되고, 제4 클러치(C4)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력은 상기 제1 클러치(C1)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제4 회전요소(N4)로 역회전 입력됨과 동시에 상기 제4 클러치(C4)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)의 기어비에 따라 제2 회전요소(N2)로 역회전 입력된다.

이에따라 복합유성기어세트(CPG)에서는 제5속 변속선(SP5)을 형성하며, 출력요소인 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 D5 만큼 출력되는 전진 5속 변속이 이루어진다.

[전진 6속]

전진 6속에서는 상기 전진 5속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력은 상기 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)의 기어비에 따라 제1 회전요소(N1)로 역회전 입력되고, 제4 클러치(C4)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)의 기어비에 따라 제2 회전요소(N2)로 역회전 입력된다.

즉, 제1 회전요소(N1)와 제2 회전요소(N2)에는 공용으로 사용되는 제2 트랜스퍼 기어(TF2)의 기어비에 따라 동일 회전속도로 입력이 이루어지면서, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제6속 변속선(SP6)을 형성하며, 출력요소인 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 입력 그대로인 D6 만큼 출력되는 전진 6속 변속이 이루어진다.

[전진 7속]

전진 7속에서는 상기 전진 6속의 상태에서 작동하던 제3 클러치(C3)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력은 상기 제4 클러치(C4)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)의 기어비에 따라 제2 회전요소(N2)로 역회전 입력됨과 동시에 상기 제2 클러치(C2)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제1 회전요소(N1)로 역회전 입력된다.

이에 따라 복합유성기어세트(CPG)에서는 제7속 변속선(SP7)을 형성하며, 출력요소인 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 D7 만큼 출력되는 전진 7속 변속이 이루어진다.

[전진 8속]

전진 8속에서는 상기 전진 7속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제2 브레이크(B2)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력은 상기 제4 클러치(C4)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)의 기어비에 따라 제2 회전요소(N2)로 역회전 입력되고 있는 상태에서 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제1 회전요소(N1)가 고정요소로 작동한다.

이에 따라 복합유성기어세트(CPG)에서는 제8속 변속선(SP8)을 형성하며, 출력요소인 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 D8 만큼 출력되는 전진 8속 변속이 이루어진다.

[후진 1속]

후진 1속에서는 도 2에서와 같이, 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력은 상기 제2 클러치(C2)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 감속되어 제1 회전요소(N1)로 역회전 입력되고, 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제2 회전요소(N2)가 고정요소로 작동한다.

이에 따라 복합유성기어세트(CPG)에서는 후진 변속선(RS1)을 형성하며, 출력요소인 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 REV1 만큼 출력되는 후진 변속이 이루어진다.

[후진 2속]

후진 2속에서는 도 2에서와 같이, 제3 클러치(C3)와 제1 브레이크(B1)가 작동된다.

그러면 도 3에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력은 상기 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)의 기어비에 따라 감속되어 제1 회전요소(N1)로 역회전 입력되고, 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제2 회전요소(N2)가 고정요소로 작동한다.

이에 따라 복합유성기어세트(CPG)에서는 후진 변속선(RS2)을 형성하며, 출력요소인 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 REV2 만큼 출력되는 후진 변속이 이루어진다.

상기에서와 같이 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인은 하나의 복합유성기어세트(CPG)와 외접기어인 2개의 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2), 그리고 6개의 마찰요소(C1)(C2)(C3)(C4)(B1)(B2) 조합으로 전진 8속 및 후진 2속의 변속단을 구현한다.

또한, 유성기어세트 외에 외접 기어인 2개의 트랜스퍼 기어를 적용함으로써, 자유로운 기어 잇수 변경으로 차량별 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 요구 성능 조건에 맞도록 기어 변경이 가능하여 발진 성능을 향상시킴으로써, 동력전달성능 및 연비를 향상시킬 수 있으며, 기존의 토크 컨버터를 삭제하고 발진 클러치의 적용이 가능할 수 있다.

그리고 후진 2속을 구현함으로써, 후진 성능을 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 제1 실시 예에서는 복합유성기어세트(CPG)가 싱글 피니언 유성기어세트인 제1 유성기어세트(PG1)와 더블 피니언 유성기어세트인 제2 유성기어세트(PG2)의 조합으로 이루어져 있으나, 제2 실시 예에서는 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)를 더블 피니언 유성기어세트로 조합하였다.

이에 따라 제1 회전요소(N1)가 제1 선기어(S1), 제2 회전요소(N2)가 제1 링기어(R1) 및 제2 유성캐리어(PC2), 제3 회전요소(N3)가 제1 유성캐리어(PC1) 및 제2 링기어(R2), 제4 회전요소(N4)가 제2 선기어(S2)로 설정된다.

이러한 제2 실시예의 경우, 상기 제1 실시 예와 비교하여 제2, 제3 회전요소(N2)(N3)의 구성요소가 달라질 뿐 그 변속과정 및 작용효과가 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 5를 참조하면, 제1 실시 예에서는 복합유성기어세트(CPG)가 싱글 피니언 유성기어세트인 제1 유성기어세트(PG1)와 더블 피니언 유성기어세트인 제2 유성기어세트(PG2)의 조합으로 이루어져 있으나, 제2 실시 예에서는 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)를 싱글 피니언 유성기어세트로 조합하였다.

이에 따라 제1 회전요소(N1)가 제2 선기어(S2), 제2 회전요소(N2)가 제1 유성캐리어(PC1) 및 제2 링기어(R2), 제3 회전요소(N3)가 제1 링기어(R1) 및 제2 유성캐리어(PC2), 제4 회전요소(N4)가 제2 선기어(S2)로 설정된다.

이러한 제3 실시예의 경우, 상기 제1 실시 예와 비교하여 제2, 제3 회전요소(N2)(N3)의 구성요소가 달라질 뿐 그 변속과정 및 작용효과가 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도면에서 제2축(IS2)은 단순히 복합유성기어세트(CPG)를 회전 간섭없이 지지하고 있는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 출력요소인 제3 회전요소(N3)와 출력기어(OG)를 직접 연결하여 출력축으로 사용할 수 있다.

또한, 상기 제2축은 제1 클러치(C1)와 제4 회전요소(N4)를 연결하는데도 사용될 수 있는 등 회전요소의 연결관계에 따라 연결부재로 이용될 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

CPG ... 복합유성기어세트
PG1,PG2 ... 제1, 제2 유성기어세트
S1,S2 ... 제1, 제2 선기어
PC12 ... 공유 유성캐리어
R12 ... 공유 링기어
IS1, IS2 ... 제1, 제2축
OG... 출력기어
N1,N2,N3.N4 ... 제1,제2, 제3, 제4 회전요소
C1, C2, C3, C4 ... 제1, 제2, 제3, 제4 클러치
B1, B2 ... 제1, 제2 브레이크
TF1, TF2... 제1, 제2 트랜스퍼 기어

Claims

엔진의 동력을 전달받는 제1축;
상기 제1축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제2축;
상기 제2축상에 배치되어 상기 제1축과 2개의 경로를 통해 선택적으로 외접 기어 연결됨과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제1 회전요소와, 상기 제1축과 1개의 경로를 통해 선택적으로 외접 기어 연결됨과 동시에 선택적인 고정요소로 작동하는 제2 회전요소와, 출력기어와 연결되어 출력요소로 작동하는 제3 회전요소와, 상기 제1축과 1개의 경로를 통해 선택적으로 외접 기어 연결되는 제4 회전요소를 보유하는 복합유성기어세트;
상기 외접 기어 연결부에 개재되는 2개의 트랜스퍼 기어;
상기 제1, 제2, 제4 회전요소를 선택적으로 상기 제1축과 연결하는 클러치 및 상기 제1, 제2 회전요소를 변속기 하우징과 가변적으로 연결하는 브레이크로 이루어지는 6개의 마찰요소;
를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
복합유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트인 제1 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트인 제2 유성기어세트를 조합하되, 링기어와 유성캐리어를 공유하는 유성기어세트로서, 제1 회전요소는 제1 선기어, 제2 회전요소는 공유 유성캐리어, 제3 회전요소는 공유 링기어, 제4 회전요소는 제2 선기어로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제2항에 있어서,
상기 2개의 트랜스퍼 기어는
제1축을 제1 회전요소와 제4 회전요소에 외접기어 연결하는 제1 트랜스퍼 기어;
제1축을 제1 회전요소와 제2 회전요소에 외접기어 연결하는 제2 트랜스퍼 기어;
를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 6개의 마찰요소는
제1 트랜스퍼 기어와 제4 회전요소 사이에 배치되는 제1 클러치;
제1 트랜스퍼 기어와 제1 회전요소 사이에 배치되는 제2 클러치;
제2 트랜스퍼 기어와 제1 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치;
제2 트랜스퍼 기어와 제2 회전요소 사이에 배치되는 제4 클러치;
제2 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크;
제1 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크;
를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제4항에 있어서,
상기 6개의 마찰요소 중 2개의 동시 체결에 의하여 구현되는 변속단은
상기 제1 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제1 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제2 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 클러치가 동시에 작동하는 전진 제3속 변속단;
상기 제1 클러치와 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제4속 변속단;
상기 제1 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제5속 변속단;
상기 제3 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제6속 변속단;
상기 제2 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제7속 변속단;
상기 제4 클러치와 제2 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제8속 변속단;
상기 제2 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 후진 1속 변속단;
상기 제3 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 후진 변속단;
을 포함하여 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 복합유성기어세트는
더블 피니언 유성기어세트인 제1, 제2 유성기어세트의 조합으로 이루어지며, 제1 회전요소가 제1 선기어, 제2 회전요소가 제1 링기어 및 제2 유성캐리어, 제3 회전요소가 제1 유성캐리어 및 제2 링기어, 제4 회전요소가 제2 선기어로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 복합유성기어세트는
싱글 피니언 유성기어세트인 제1, 제2 유성기어세트의 조합으로 이루어지며, 제1 회전요소가 제1 선기어, 제2 회전요소가 제1 유성캐리어 및 제2 링기어, 제3 회전요소가 제1 링기어 및 제2 유성캐리어, 제4 회전요소가 제2 선기어로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
엔진의 동력을 전달받는 제1축;
상기 제1축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제2축;
싱글 피니언 유성기어세트인 제1 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트인 제2 유성기어세트를 조합하되, 링기어와 유성캐리어를 공유하는 유성기어세트로서, 제1 회전요소는 제1 선기어, 제2 회전요소는 공유 유성캐리어, 제3 회전요소는 공유 링기어, 제4 회전요소는 제2 선기어로 이루어져 상기 제2축상에 배치되는 복합유성기어세트;
상기 제1축을 제1 회전요소와 제4 회전요소에 외접기어 연결하는 제1 트랜스퍼 기어;
상기 제1축을 제1 회전요소와 제2 회전요소에 외접기어 연결하는 제2 트랜스퍼 기어;
상기 제1 트랜스퍼 기어와 제4 회전요소 사이에 배치되는 제1 클러치;
상기 제1 트랜스퍼 기어와 제1 회전요소 사이에 배치되는 제2 클러치;
상기 제2 트랜스퍼 기어와 제1 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치;
상기 제2 트랜스퍼 기어와 제2 회전요소 사이에 배치되는 제4 클러치;
상기 제2 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크;
상기 제1 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크;
를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제8항에 있어서,
상기 6개의 마찰요소 중 2개의 동시 체결에 의하여 구현되는 변속단은
상기 제1 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제1 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제2 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 클러치가 동시에 작동하는 전진 제3속 변속단;
상기 제1 클러치와 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제4속 변속단;
상기 제1 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제5속 변속단;
상기 제3 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제6속 변속단;
상기 제2 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제7속 변속단;
상기 제4 클러치와 제2 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제8속 변속단;
상기 제2 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 후진 1속 변속단;
상기 제3 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 후진 변속단;
을 포함하여 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
엔진의 동력을 전달받는 제1축;
상기 제1축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제2축;
더블 피니언 유성기어세트인 제1, 제2 유성기어세트의 조합으로 이루어지며, 제1 회전요소가 제1 선기어, 제2 회전요소가 제1 링기어 및 제2 유성캐리어, 제3 회전요소가 제1 유성캐리어 및 제2 링기어, 제4 회전요소가 제2 선기어로 이루어져 상기 제2축상에 배치되는 복합유성기어세트;
상기 제1축을 제1 회전요소와 제4 회전요소에 외접기어 연결하는 제1 트랜스퍼 기어;
상기 제1축을 제1 회전요소와 제2 회전요소에 외접기어 연결하는 제2 트랜스퍼 기어;
상기 제1 트랜스퍼 기어와 제4 회전요소 사이에 배치되는 제1 클러치;
상기 제1 트랜스퍼 기어와 제1 회전요소 사이에 배치되는 제2 클러치;
상기 제2 트랜스퍼 기어와 제1 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치;
상기 제2 트랜스퍼 기어와 제2 회전요소 사이에 배치되는 제4 클러치;
상기 제2 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크;
상기 제1 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크;
를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제10항에 있어서,
상기 6개의 마찰요소 중 2개의 동시 체결에 의하여 구현되는 변속단은
상기 제1 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제1 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제2 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 클러치가 동시에 작동하는 전진 제3속 변속단;
상기 제1 클러치와 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제4속 변속단;
상기 제1 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제5속 변속단;
상기 제3 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제6속 변속단;
상기 제2 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제7속 변속단;
상기 제4 클러치와 제2 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제8속 변속단;
상기 제2 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 후진 1속 변속단;
상기 제3 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 후진 변속단;
을 포함하여 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
엔진의 동력을 전달받는 제1축;
상기 제1축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제2축;
싱글 피니언 유성기어세트인 제1, 제2 유성기어세트의 조합으로 이루어지며, 제1 회전요소가 제1 선기어, 제2 회전요소가 제1 유성캐리어 및 제2 링기어, 제3 회전요소가 제1 링기어 및 제2 유성캐리어, 제4 회전요소가 제2 선기어로 이루어져 상기 제2축상에 배치되는 복합유성기어세트;
상기 제1축을 제1 회전요소와 제4 회전요소에 외접기어 연결하는 제1 트랜스퍼 기어;
상기 제1축을 제1 회전요소와 제2 회전요소에 외접기어 연결하는 제2 트랜스퍼 기어;
상기 제1 트랜스퍼 기어와 제4 회전요소 사이에 배치되는 제1 클러치;
상기 제1 트랜스퍼 기어와 제1 회전요소 사이에 배치되는 제2 클러치;
상기 제2 트랜스퍼 기어와 제1 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치;
상기 제2 트랜스퍼 기어와 제2 회전요소 사이에 배치되는 제4 클러치;
상기 제2 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크;
상기 제1 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크;
를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제12항에 있어서,
상기 6개의 마찰요소 중 2개의 동시 체결에 의하여 구현되는 변속단은
상기 제1 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제1 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제2 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 클러치가 동시에 작동하는 전진 제3속 변속단;
상기 제1 클러치와 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제4속 변속단;
상기 제1 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제5속 변속단;
상기 제3 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제6속 변속단;
상기 제2 클러치와 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제7속 변속단;
상기 제4 클러치와 제2 브레이크가 동시에 작동하는 전진 제8속 변속단;
상기 제2 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 후진 1속 변속단;
상기 제3 클러치와 제1 브레이크가 동시에 작동하는 후진 변속단;
을 포함하여 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.