KR20150061675A

KR20150061675A - 차량용 자동변속기의 유성기어트레인

Info

Publication number: KR20150061675A
Application number: KR1020130145219A
Authority: KR
Inventors: 황성욱; 지성욱; 노명훈; 서강수; 국재창; 성원준; 조원민
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-06-05
Also published as: US20150148181A1; CN104675933A; DE102014112210A1; US9435402B2; KR101558365B1; CN104675933B

Abstract

차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 자동변속기의 유성기어트레인은 엔진의 회전동력이 입력되는 입력축; 상기 입력축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 출력축; 싱글 피니언 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트의 조합으로 롱피니언과 치합되는 제1 선기어와, 숏피니언과 치합되는 제2 선기어와, 상기 숏피니언과 롱피니언을 지지하는 공유 유성캐리어, 및 상기 롱피니언과 치합되는 공유 링기어를 보유하는 복합유성기어세트로 이루어지는 유성기어세트; 상기 제1 선기어와 직접 연결되어 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제1 회전축; 상기 공유 유성캐리어와 상기 출력축을 직접 연결하는 제2 회전축; 상기 공유 링기어와 직접 연결되어 상기 입력축과 선택적으로 연결되거나, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제3 회전축; 상기 제2 선기어와 직접 연결되어 2개의 경로를 통하여 상기 입력축과 선택적으로 연결되거나, 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제4 회전축; 상기 제1, 제3, 제4 회전축과 상기 입력축 사이에 외접 기어로 연결되어 상기 입력축의 회전동력을 역회전 전달하는 3개의 트랜스퍼 기어; 상기 제1, 제3, 제4 회전축의 선택적 연결부에 구성되는 4개의 마찰요소; 상기 3개의 트랜스퍼 기어 중, 2개의 트랜스퍼 기어에 입력축의 회전동력이 전달되지 않도록 하거나, 어느 하나의 트랜스퍼 기어에 선택적으로 전달되도록 하는 도그 클러치를 포함한다.

Description

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

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

일반적으로 자동변속기의 다단 변속 메커니즘은 복수의 유성기어세트와 마찰요소의 조합으로 구현되며, 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 있는 자동변속기용 유성기어트레인의 꾸준한 연구가 이루어지고 있다.

상기와 같은 유성기어트레인은 동일 변속단을 구현하더라도 회전요소(선기어, 유성캐리어, 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 동력 전달 효율이 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 출력축 상에 복합 유성기어세트를 배치하고, 이들 구성요소들을 상호 외접 연결되는 다수의 트랜스퍼 기어를 통해 입력축과 연결하여 전진 8속과 후진 1속 변속단을 구현할 수 있는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

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

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진의 회전동력이 입력되는 입력축; 상기 입력축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 출력축; 싱글 피니언 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트의 조합으로 롱피니언과 치합되는 제1 선기어와, 숏피니언과 치합되는 제2 선기어와, 상기 숏피니언과 롱피니언을 지지하는 공유 유성캐리어, 및 상기 롱피니언과 치합되는 공유 링기어를 보유하는 복합유성기어세트로 이루어지는 유성기어세트; 상기 제1 선기어와 직접 연결되어 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제1 회전축; 상기 공유 유성캐리어와 상기 출력축을 직접 연결하는 제2 회전축; 상기 공유 링기어와 직접 연결되어 상기 입력축과 선택적으로 연결되거나, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제3 회전축; 상기 제2 선기어와 직접 연결되어 2개의 경로를 통하여 상기 입력축과 선택적으로 연결되거나, 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제4 회전축; 상기 제1, 제3, 제4 회전축과 상기 입력축 사이에 외접 기어로 연결되어 상기 입력축의 회전동력을 역회전 전달하는 3개의 트랜스퍼 기어; 상기 제1, 제3, 제4 회전축의 선택적 연결부에 구성되는 4개의 마찰요소; 상기 3개의 트랜스퍼 기어 중, 2개의 트랜스퍼 기어에 입력축의 회전동력이 전달되지 않도록 하거나, 어느 하나의 트랜스퍼 기어에 선택적으로 전달되도록 하는 도그 클러치를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인을 제공할 수 있다.

또한, 상기 3개의 트랜스퍼 기어는 상기 입력축과 제4 회전축을 외접기어 연결하는 제1 트랜스퍼 기어; 상기 입력축과 제4 회전축을 외접기어 연결하는 제2 트랜스퍼 기어; 상기 입력축을 제1 회전축 및 제3 회전축을 동시에 외접 기어 연결하는 제3 트랜스퍼 기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 3개의 트랜스퍼 기어는 상기 제2 트랜스퍼 기어를 기준으로, 상기 제1 트랜스퍼 기어의 감속비는 크고, 상기 제3 트랜스퍼 기어의 감속비는 작게 설정될 수 있다.

또한, 상기 4개의 마찰요소는 상기 제3 트랜스퍼 기어와 상기 제1 회전축 사이에 구성되는 제1 클러치; 상기 제3 트랜스퍼 기어와 상기 제3 회전축 사이에 구성되는 제2 클러치; 상기 제3 회전축과 상기 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크; 상기 제4 회전축과 상기 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2, 제3 트랜스퍼 기어와 제1, 제2 브레이크는 상기 유성기어세트의 후방측에 배치되고, 제2, 제3 클러치는 상기 유성기어세트의 전방측에 배치될 수 있다.

또한, 상기 도그 클러치는 상기 입력축의 회전동력이 상기 제1 트랜스퍼 기어와 상기 제2 트랜스퍼 기어에 동시에 전달되지 않도록 하거나, 상기 제1 트랜스퍼 기어와 상기 제2 트랜스퍼 기어 중, 어느 하나에만 선택적으로 전달되도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 4개의 마찰요소와 도그 클러치의 선택적 작동에 의하여 구현되는 변속단은 상기 제1 클러치와 제1 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제1 변속단; 상기 제1 클러치와 제2 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제2 변속단; 상기 제1 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제1 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제3 변속단; 상기 제1 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제2 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제4 변속단; 상기 제1 클러치와 제2 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제5 변속단; 상기 제2 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제2 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제6 변속단; 상기 제2 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제1 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제7 변속단; 상기 제2 클러치와 제2 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제8 변속단; 상기 제1 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제2 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 래비뉴 타입의 복합 유성기어세트와 3개의 트랜스퍼 기어, 그리고 4개의 마찰요소와 요소와 1개의 도그 클러치를 조합하여 전진 8속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있다.

그리고 트랜스퍼 기어 및 도그 클러치의 적용으로 종래 유성기어세트와 마찰요소로 구성된 전륜 8속 자동 변속기와 비교하여 적어도 1개의 유성기어세트와 2개의 마찰요소를 생략할 수 있기 때문에 부품수의 절감으로 생산원가를 절감할 수 있다.

또한, 유성기어세트 외에 외접 기어인 3개의 트랜스퍼 기어를 적용함으로써, 자유로운 기어 잇수 변경으로 차량별 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 요구 성능 조건에 맞도록 기어 변경이 가능하여 발진 성능을 향상시킴으로써, 동력전달성능을 향상시키며, 특히, 저속주행에서의 연비를 향상시킬 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 도그 클러치의 작동도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 마찰요소의 각 변속단별 작동표이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 변속선도이다.

이하, 본 발명의 실시 예들을 첨부한 도면을 통하여 상세하게 설명한다.

단, 본 발명의 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 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 엔진의 회전동력이 입력되는 입력축(IS)과, 상기 입력축(IS)과 소정의 간격을 두고 배치되는 출력축(OS)과, 상기 출력축(OS)상에 배치되는 유성기어세트(PG)와, 3개의 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)와, 도그 클러치(DC)와, 2개의 클러치(C1)(C2)와 2개 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 마찰요소를 포함한다.

상기 입력축(IS)은 입력부재로서, 엔진의 크랭크 샤프트로부터 회전동력을 전달받는다.

상기에서 출력축(OS)는 미도시한 종감속 기어와 차동장치를 통해 구동륜을 포함하는 구동축을 구동시킨다.

상기 출력축(OS)상에는 유성기어세트(PG)가 배치되며, 상기 유성기어세트(PG)는 싱글 피니언 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트를 조합하되, 유성캐리어와 링기어를 공유하는 래비뉴 타입의 복합유성기어로서, 4개의 회전축(N1)(N2)(N3)(N4)을 보유한다.

즉, 상기 유성기어세트(PG)는 롱피니언(P1)과 치합되는 제1 선기어(S1)와, 숏피니언(P2)과 치합되는 제2 선기어(S2)와, 상기 롱피니언(P1)과 숏피니언(P2)을 회전 지지하는 공유 유성캐리어(PC12)와, 상기 롱피니언(P1)과 치합되는 공유 링기어(R12)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 회전축(N1)은 제2 선기어(S2)와 직접 연결되어 상기 입력축(IS)과 선택적으로 외접 기어 연결된다.

상기 제2 회전축(N2)은 공유 유성캐리어(PC12)와 상기 출력축(OS)을 직접 연결하여 항상 출력요소로 작동한다.

상기 제3 회전축(N3)은 공유 링기어(R12)와 직접 연결되어 상기 입력축(IS)과 선택적으로 외접 기어 연결되거나, 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결된다.

상기 4 회전축(N4)은 제2 선기어(S2)와 직접 연결되어 2개의 경로를 통하여 상기 입력축(IS)에 선택적으로 외접 기어 연결되거나, 상기 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결된다.

상기 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)는 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 드라이브 기어(TF1a)(TF2a)(TF3a)와 각각 서로 외접하는 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 드리븐 기어(TF1b)(TF2b)(TF3b)를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)의 기어비는 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 기준으로 할 때, 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 감속비는 크고, 제3 트랜스퍼 기어(TF3)의 감속비는 작게 설정된다.

상기 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)의 연결 관계를 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1 트랜스퍼 기어(TF1)는 상기 입력축(IS)에 제4 회전축(N4)을 외접 기어 연결하되, 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TF1a)는 입력축(IS)과 연결되며, 제1 트랜스퍼 드리븐 기어(TF1b)는 제4 회전축(N4)과 연결된다.

상기 제2 트랜스퍼 기어(TF2)는 상기 입력축(IS)에 제4 회전축(N4)을 외접 기어 연결하되, 제2 트랜스퍼 드라이브 기어(TF2a)는 입력축(IS)과 연결되며, 제2 트랜스퍼 드리븐 기어(TF2b)는 제4 회전축(N4)과 연결된다.

상기 제3 트랜스퍼 기어(TF3)는 상기 입력축(IS)에 제1 회전축(N1)과 제3 회전축(N3)을 동시에 외접 기어 연결하되, 제3 트랜스퍼 드라이브 기어(TF3a)는 입력축(IS)과 연결되며, 제3 트랜스퍼 드리븐 기어(TF3b)는 제1 회전축(N1)과 제3 회전축(N3)에 동시에 연결된다.

상기 도그 클러치(DC)는 일반 수동 변속기에 적용되는 공지의 구성으로서, 상기 입력축(IS)으로부터 입력되는 회전동력을 상기 제1, 제2 트렌스퍼 기어(TF1)(TF2)에 선택적으로 전달되도록 하거나, 중립 상태를 유지할 수 있다.

그리고 선택된 회전축을 상호 선택적으로 연결하는 2개의 클러치(C1)(C2)와, 선택된 회전축을 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결하는 2개의 브레이크(B1)(B2)는 다음과 같이 배치된다.

상기 제1 클러치(C1)는 제3 트랜스퍼 기어(TF3)의 제3 트랜스퍼 드리븐 기어(TF3b)와 제1 회전축(N1) 사이에 구성된다.

상기 제2 클러치(C2)는 제3 트랜스퍼 기어(TF3)의 제3 트랜스퍼 드리븐 기어(TF3b)와 제3 회전축(N3) 사이에 구성된다.

상기 제1 브레이크(B1)는 제3 회전축(N3)과 변속기 하우징(H) 사이에 구성된다.

상기 제2 브레이크(B2)는 제4 회전축(N4)과 변속기 하우징(H) 사이에 구성된다.

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

상기 구성에 의하여 상기 제1, 제2 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)는 유성기어세트(PG)의 후방측에 배치되고, 제1, 제2 클러치(C1)(C2)는 유성기어세트(PG)의 전방측에 배치된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 도그 클러치(DC)의 작동 상태를 설명하기 위하여 도그 클러치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 도그 클러치(DC)는 도그 클러치 허브(DCH)와, 도그 클러치 슬리브(DCS)와, 제1, 제2 도그 클러치(DCG1)(DCG2)를 포함한다.

상기 도그 클러치 허브(DCH)는 구동 측인 상기 입력축(IS)과 직접 연결되어 상기 입력축(IS)에 연동된다.

상기 도그 클러치 슬리브(DCS)는 상기 도그 클러치 허브(DCH)의 외경부에 스플라인 결합되어 좌우 슬라이드 가능하게 배치되며, 액추에이터(미도시)에 의하여 좌우 이동된다.

상기 제1, 제2 도그 클러치 기어(DCG1)(DCG2)는 각각 피동 측인 상기 제1, 제2 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)측에 배치되어 상기 도그 클러치 슬리브(DCS)와 선택적으로 기어 연결되면서 동력을 전달받는다.

상기와 같은 도그 클러치(DC)의 구성은 공지이므로 상세한 구성 설명은 생략한다.

즉, 도 2의 (A)는 도그 클러치(DC)의 중립 상태를 나타낸 것으로서, 이때에는 도그 클러치 슬리브(DCS)가 중앙에 위치하면서 중립을 유지한다.

도 2의 (B)는 입력축(IS)의 회전동력이 제1 트랜스퍼 기어(TF1) 측으로 전달되는 상태를 나타낸 것으로서, 이때에는 도그 클러치 슬리브(DCS)가 액추에이터(미도시)에 의하여 도면에서 좌측으로 이동하면서 상기 도그 클러치 허브(DCH)와 제1 도그 클러치 기어(DCG1)를 연결한다.

그러면, 입력축(IS)의 회전동력이 도그 클러치(DC)를 통해 제1 트랜스퍼 기어(TF1) 측으로 전달된다.

도 2의 (C)는 입력축(IS)의 회전동력이 제2 트랜스퍼 기어(TF2) 측으로 전달되는 상태를 나타낸 것으로서, 이때에는 도그 클러치 슬리브(DCS)가 액추에이터(미도시)에 의하여 도면에서 우측으로 이동하면서 상기 도그 클러치 허브(DCH)와 제2 도그 클러치 기어(DCG2)를 연결한다.

그러면, 입력축(IS)의 회전동력이 도그 클러치(DC)를 통해 제2 트랜스퍼 기어(TF2)측으로 전달된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 마찰요소의 각 변속단별 작동표이다.

도 3을 참조하면, 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)가 동시에 작동 제어되고, 도그 클러치(DC)는 중립 제어되어 구현된다.

전진 2속 변속단(2ND)은 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동 제어되고, 도그 클러치(DC)는 중립 제어되어 구현된다.

전진 3속 변속단(3RD)은 제1 클러치(C1)가 작동 제어되고, 도그 클러치(DC)는 제1 트랜스퍼 기어(TF1) 측으로 작동 제어되어 구현된다.

전진 4속 변속단(4TH)은 제1 클러치(C1)가 작동 제어되고, 도그 클러치(DC)는 제2 트랜스퍼 기어(TF2) 측으로 작동 제어되어 구현된다.

전진 5속 변속단(5TH)은 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)가 동시에 작동 제어되고, 도그 클러치(DC)는 중립 제어되어 구현된다.

전진 6속 변속단(6TH)은 제2 클러치(C2)가 작동 제어되고, 도그 클러치(DC)는 제2 트랜스퍼 기어(TF2) 측으로 작동 제어되어 구현된다.

전진 7속 변속단(7TH)은 제2 클러치(C2)가 작동 제어되고, 도그 클러치(DC)는 제1 트랜스퍼 기어(TF3) 측으로 작동 제어되어 구현된다.

전진 8속 변속단(8TH)은 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동 제어되고, 도그 클러치(DC)는 중립 제어되어 구현된다.

후진 변속단(REV)은 제1 브레이크(B1)가 작동 제어되고, 도그 클러치(DC)는 제2 트랜스퍼 기어(TF2) 측으로 작동 제어되어 구현된다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 각 변속단별 변속선도이며, 본 발명의 실시 예에 의한 유성기어트레인의 변속과정을 레버 해석법으로 도시하고 있다.

도 4를 참조하면, 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)의 4개의 세로선은 좌측으로부터 제1, 제2, 제3, 제4 회전축(N1)(N2)(N3)(N4)으로 설정되며, 중간의 회전속도 "0"인 가로선을 기준으로 그 상측은 정회전을 나타내고, 그 하측은 역회전을 나타낸다.

이때, 각 회전축으로 입력되는 회전 방향은 모두 역방향으로 입력되지만, 설명의 편의를 위하여 정방향 입력이 이루어진다고 가정하여 도시하고 있다.

이하, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 각 변속단별 변속과정을 설명한다.

[전진 1속]

도 3을 참조하면, 전진 1속 변속단(1ST)에서는 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)를 작동 제어하고, 도그 클러치(DC)는 중립 상태로 제어한다.

그러면, 도 4에서와 같이, 도그 클러치(DC)가 중립을 유지하고 있기 때문에 제4 회전축(N4)을 통한 입력은 이루어지지 않으며, 입력축(IS)의 회전동력이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제3 트랜스퍼 기어(TF3)를 통해 제1 회전축(N1)으로 입력되고, 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 제3 회전축(N3)이 고정요소가 된다.

이에 따라, 제1 변속선(SP1)을 형성하면서 출력요소인 제2 회전축(N2)을 통해 D1 만큼 출력되는 전진 1속 변속이 이루어진다.

[전진 2속]

전진 2속 변속단(2ND)에서는 상기 전진 1속의 상태에서 작동하던 제1 브레이크(B1)의 작동을 해제하고, 제2 브레이크(B2)를 작동 제어함과 동시에, 도그 클러치(DC)가 중립 상태로 제어한다.

그러면, 도그 클러치(DC)가 중립을 유지하고 있기 때문에 제4 회전축(N4)을 통한 입력은 이루어지지 않으며, 입력축(IS)의 회전동력이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제3 트랜스퍼 기어(TF3)를 통해 제1 회전축(N1)으로 입력되고, 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 제4 회전축(N4)이 고정요소가 된다.

이에 따라, 제2 변속선(SP2)을 형성하면서 출력요소인 제2 회전축(N2)을 통해 D2 만큼 출력되는 전진 2속 변속이 이루어진다.

[전진 3속]

전진 3속에서는 상기 전진 2속의 상태에서 작동하던 제2 브레이크(B2)의 작동을 해제하고, 도그 클러치(DC)가 입력축(IS)의 회전동력을 제1 트랜스퍼 기어(TF1) 측으로 전달하도록 제어한다.

그러면, 입력축(IS)의 회전동력이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제3 트랜스퍼 기어(TF3)를 통해 제1 회전축(N1)으로 입력됨과 동시에, 제1 트랜스퍼 기어(TF1)를 통해 제4 회전축(N4)으로 입력된다.

이에 따라, 상기 제1 회전축(N1)과 제4 회전축(N4)의 입력 회전수 차이에 의하여 제3 변속선(SP3)을 형성하면서 출력요소인 제2 회전축(N2)을 통해 D3 만큼 출력되는 전진 3속 변속이 이루어진다.

[전진 4속]

전진 4속에서는 상기 전진 3속의 상태에서 도그 클러치(DC)가 제1 트랜스퍼 기어(TF1) 측으로 전달하던 입력축(IS)의 회전동력을 제2 트랜스퍼 기어(TF2) 측으로 변경하여 전달하도록 제어한다.

그러면, 입력축(IS)의 회전동력이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제3 트랜스퍼 기어(TF3)를 통해 제1 회전축(N1)으로 입력됨과 동시에, 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제4 회전축(N4)으로 입력된다.

이에 따라, 상기 제1 회전축(N1)과 제4 회전축(N4)의 입력 회전수 차이에 의하여 제4 변속선(SP4)을 형성하면서 출력요소인 제2 회전축(N2)을 통해 D4 만큼 출력되는 전진 4속 변속이 이루어진다.

[전진 5속]

전진 5속에서는 상기 전진 4속의 상태에서 도그 클러치(DC)가 중립 상태로 복귀하고, 제2 클러치(C2)를 작동 제어한다.

그러면, 입력축(IS)의 회전동력이 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)의 동시 작동에 의하여 제3 트랜스퍼 기어(TF3)를 통해 제1 회전축(N1)과 제3 회전축(N3)으로 동시에 입력된다.

이에 따라, 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)는 직결의 상태가 되고, 제5 변속선(SP5)을 형성하면서 출력요소인 제2 회전축(N2)을 통해 D5 만큼 출력되는 전진 5속 변속이 이루어진다.

[전진 6속]

전진 6속에서는 상기 전진 5속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동을 해제하고, 도그 클러치(DC)가 입력축(IS)의 회전동력을 제2 트랜스퍼 기어(TF2) 측으로 전달하도록 제어한다.

그러면, 입력축(IS)의 회전동력이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제3 트랜스퍼 기어(TF3)를 통해 제3 회전축(N3)으로 입력됨과 동시에, 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제4 회전축(N4)으로 입력된다.

이에 따라, 상기 제3 회전축(N1)과 제4 회전축(N4)의 입력 회전수 차이에 의하여 제6 변속선(SP6)을 형성하면서 출력요소인 제2 회전축(N2)을 통해 D6 만큼 출력되는 전진 6속 변속이 이루어진다.

[전진 7속]

전진 7속에서는 상기 전진 6속의 상태에서 도그 클러치(DC)가 제2 트랜스퍼 기어(TF2) 측으로 전달하던 입력축(IS)의 회전동력을 제1 트랜스퍼 기어(TF1) 측으로 변경하여 전달하도록 제어한다.

그러면, 입력축(IS)의 회전동력이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제3 트랜스퍼 기어(TF3)를 통해 제3 회전축(N3)으로 입력됨과 동시에, 제1 트랜스퍼 기어(TF1)를 통해 제4 회전축(N4)으로 입력된다.

이에 따라, 상기 제3 회전축(N3)과 제4 회전축(N4)의 입력 회전수 차이에 의하여 제7 변속선(SP7)을 형성하면서 출력요소인 제2 회전축(N2)을 통해 D7 만큼 출력되는 전진 7속 변속이 이루어진다.

[전진 8속]

전진 8속에서는 상기 전진 7속의 상태에서 도그 클러치(DC)를 중립으로 제어하고, 제2 브레이크(B2)를 작동 제어한다.

그러면, 입력축(IS)의 회전동력이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제3 트랜스퍼 기어(TF1)를 통해 제3 회전축(N3)으로 입력되고, 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 제4 회전축(N4)이 고정요소가 된다.

이에 따라, 제8 변속선(SP8)을 형성하면서 출력요소인 제2 회전축(N2)을 통해 D8 만큼 출력되는 전진 8속 변속이 이루어진다.

[후진]

후진 변속단에서는 제1 브레이크(B1)를 작동 제어하고, 도그 클러치(DC)가 입력축(IS)의 회전동력을 제2 트랜스퍼 기어(TF2) 측으로 전달하도록 제어한다.

그러면, 입력축(IS)의 회전동력이 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제4 회전축(N4)으로 입력되고, 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 제3 회전축(N3)이 고정요소로 작동한다.

이에 따라, 후진 변속선(RS)을 형성하면서 출력요소인 제2 회전축(N2)을 통해 REV 만큼 역회전 출력되는 후진 변속이 이루어진다.

상기에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 1개의 복합유성기어세트로 이루어지는 유성기어세트(PG)와 외접기어인 3개의 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3), 그리고 4개의 마찰요소(C1)(C2)(B1)(B2)와 도그 클러치(DC)의 조합으로 전진 8속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있다.

그리고 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3) 및 도그 클러치(DC)의 적용으로 종래 유성기어세트와 마찰요소로 구성된 전륜 8속 자동 변속기와 비교하여 적어도 1개의 유성기어세트와 2개의 마찰요소를 생략할 수 있기 때문에 부품수의 절감으로 생산원가를 절감할 수 있다.

또한, 유성기어세트(PG2) 외에 외접 기어인 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)를 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 있다.

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

B1, B2... 제1, 제2 브레이크
C1, C2... 제1, 제2 클러치
DC... 도그 클러치
IS... 입력축
N1, N2, N3, N4... 제1, 제2, 제3, 제4 회전축
OS... 출력축
PG... 유성기어세트
S1, S2... 제1, 제2 선기어
PC12... 공유 유성캐리어
R12... 공유 링기어
TF1, TF2, TF3... 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어

Claims

엔진의 회전동력이 입력되는 입력축;
상기 입력축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 출력축;
싱글 피니언 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트의 조합으로 롱피니언과 치합되는 제1 선기어와, 숏피니언과 치합되는 제2 선기어와, 상기 숏피니언과 롱피니언을 지지하는 공유 유성캐리어, 및 상기 롱피니언과 치합되는 공유 링기어를 보유하는 복합유성기어세트로 이루어지는 유성기어세트;
상기 제1 선기어와 직접 연결되어 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제1 회전축;
상기 공유 유성캐리어와 상기 출력축을 직접 연결하는 제2 회전축;
상기 공유 링기어와 직접 연결되어 상기 입력축과 선택적으로 연결되거나, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제3 회전축;
상기 제2 선기어와 직접 연결되어 2개의 경로를 통하여 상기 입력축과 선택적으로 연결되거나, 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제4 회전축;
상기 제1, 제3, 제4 회전축과 상기 입력축 사이에 외접 기어로 연결되어 상기 입력축의 회전동력을 역회전 전달하는 3개의 트랜스퍼 기어;
상기 제1, 제3, 제4 회전축의 선택적 연결부에 구성되는 4개의 마찰요소;
상기 3개의 트랜스퍼 기어 중, 2개의 트랜스퍼 기어에 입력축의 회전동력이 전달되지 않도록 하거나, 어느 하나의 트랜스퍼 기어에 선택적으로 전달되도록 하는 도그 클러치;
를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 3개의 트랜스퍼 기어는
상기 입력축과 제4 회전축을 외접기어 연결하는 제1 트랜스퍼 기어;
상기 입력축과 제4 회전축을 외접기어 연결하는 제2 트랜스퍼 기어;
상기 입력축을 제1 회전축 및 제3 회전축을 동시에 외접 기어 연결하는 제3 트랜스퍼 기어를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제2항에 있어서,
상기 3개의 트랜스퍼 기어는
상기 제2 트랜스퍼 기어를 기준으로, 상기 제1 트랜스퍼 기어의 감속비는 크고, 상기 제3 트랜스퍼 기어의 감속비는 작게 설정되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제2항에 있어서,
상기 4개의 마찰요소는
상기 제3 트랜스퍼 기어와 상기 제1 회전축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제3 트랜스퍼 기어와 상기 제3 회전축 사이에 구성되는 제2 클러치;
상기 제3 회전축과 상기 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크;
상기 제4 회전축과 상기 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제4항에 있어서,
상기 제2, 제3 트랜스퍼 기어와 제1, 제2 브레이크는 상기 유성기어세트의 후방측에 배치되고, 제2, 제3 클러치는 상기 유성기어세트의 전방측에 배치되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제4항에 있어서,
상기 도그 클러치는
상기 입력축의 회전동력이 상기 제1 트랜스퍼 기어와 상기 제2 트랜스퍼 기어에 동시에 전달되지 않도록 하거나, 상기 제1 트랜스퍼 기어와 상기 제2 트랜스퍼 기어 중, 어느 하나에만 선택적으로 전달되도록 배치되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제6항에 있어서,
상기 4개의 마찰요소와 도그 클러치의 선택적 작동에 의하여 구현되는 변속단은
상기 제1 클러치와 제1 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제1 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제2 변속단;
상기 제1 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제1 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제3 변속단;
상기 제1 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제2 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제4 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제5 변속단;
상기 제2 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제2 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제6 변속단;
상기 제2 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제1 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제7 변속단;
상기 제2 클러치와 제2 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제8 변속단;
상기 제1 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제2 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 후진 변속단을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
엔진의 회전동력이 입력되는 입력축;
상기 입력축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 출력축;
싱글 피니언 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트의 조합으로 롱피니언과 치합되는 제1 선기어와, 숏피니언과 치합되는 제2 선기어와, 상기 숏피니언과 롱피니언을 지지하는 공유 유성캐리어, 및 상기 롱피니언과 치합되는 공유 링기어를 보유하는 복합유성기어세트로 이루어지는 유성기어세트;
상기 제1 선기어와 직접 연결되어 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제1 회전축;
상기 공유 유성캐리어와 상기 출력축을 직접 연결하는 제2 회전축;
상기 공유 링기어와 직접 연결되어 상기 입력축과 선택적으로 연결되거나, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제3 회전축;
상기 제2 선기어와 직접 연결되어 2개의 경로를 통하여 상기 입력축과 선택적으로 연결되거나, 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제4 회전축;
상기 입력축과 제4 회전축을 외접기어 연결하는 제1 트랜스퍼 기어;
상기 입력축과 제4 회전축을 외접기어 연결하는 제2 트랜스퍼 기어;
상기 입력축을 제1 회전축 및 제3 회전축을 동시에 외접 기어 연결하는 제3 트랜스퍼 기어;
상기 제1, 제2, 제2, 제4 회전축의 선택적 연결부에 배치되는 4개의 마찰요소;
상기 입력축의 회전동력이 상기 제1 트랜스퍼 기어와 상기 제2 트랜스퍼 기어에 동시에 전달되지 않도록 하거나, 상기 제1 트랜스퍼 기어와 상기 제2 트랜스퍼 기어 중, 어느 하나에만 선택적으로 전달되도록 배치되는 도그 클러치를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제8항에 있어서,
상기 3개의 트랜스퍼 기어는
상기 제2 트랜스퍼 기어를 기준으로, 상기 제1 트랜스퍼 기어의 감속비는 크고, 상기 제3 트랜스퍼 기어의 감속비는 작게 설정되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 4개의 마찰요소는
상기 제3 트랜스퍼 기어와 상기 제1 회전축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제3 트랜스퍼 기어와 상기 제3 회전축 사이에 구성되는 제2 클러치;
상기 제3 회전축과 상기 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크;
상기 제4 회전축과 상기 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제10항에 있어서,
상기 제2, 제3 트랜스퍼 기어와 제1, 제2 브레이크는 상기 유성기어세트의 후방측에 배치되고, 제2, 제3 클러치는 상기 유성기어세트의 전방측에 배치되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제10항에 있어서,
상기 4개의 마찰요소와 도그 클러치의 선택적 작동에 의하여 구현되는 변속단은
상기 제1 클러치와 제1 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제1 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제2 변속단;
상기 제1 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제1 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제3 변속단;
상기 제1 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제2 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제4 변속단;
상기 제1 클러치와 제2 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제5 변속단;
상기 제2 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제2 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제6 변속단;
상기 제2 클러치가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제1 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 제7 변속단;
상기 제2 클러치와 제2 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 중립 제어되어 구현되는 제8 변속단;
상기 제1 브레이크가 작동 제어되고, 상기 도그 클러치가 제2 트랜스퍼 기어 측으로 작동 제어되어 구현되는 후진 변속단을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.