KR20160036918A

KR20160036918A - 차량용 다단 자동변속기

Info

Publication number: KR20160036918A
Application number: KR1020140129195A
Authority: KR
Inventors: 노명훈; 국재창; 조원민; 지성욱; 서강수; 황성욱
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-04-05
Also published as: DE102014118161B4; US9429215B2; KR101664560B1; DE102014118161A1; US20160091058A1; CN105736653A; CN105736653B

Abstract

본 발명의 차량용 다단 자동변속기에서는 4개의 유성기어세트(10,20,30,40), 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)와 제1,2,3브레이크(B1,B2,B3)로 이루어진 6개의 마찰부재로 구성된 기어 트레인을 갖춤으로써 엔진 저 RPM 영역대의 운전점 사용으로 차량 정숙 주행성이 향상되고, 기어트레인이 전진 9속 및 후진1속과 동일한 구성 요소로 구현됨으로써 9속 대비 보다 향상된 연비 개선이 이루어지고, 특히 4개의 유성기어세트(10,20,30,40)의 각 회전요소에 대한 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)의 다양한 배열로 전진 10속 후진 1속의 구현이 다양하게 이루어지는 특징을 갖는다.

Description

차량용 다단 자동변속기{Multi Stage Auto Transmission for Vehicle}

본 발명은 자량용 자동변속기에 관한 것으로, 특히 전진 9속 및 후진1속과 동일한 구성 요소로 전진 10속 및 후진1속이 구현되는 기어트레인을 갖춘 차량용 다단 자동변속기에 관한 것이다.

최근 환경 규제 강화나 유가 상승은 연비 개선의 필요성을 더욱 요구함으로써 파워트레인(Powertrain)분야에서도 성능개선을 위한 기술 개발 필요성이 대두되고 있다.

이에 부합한 파워트레인(Powertrain)의 기술로, 엔진 다운사이징 기술과 자동변속기의 변속단 다단화 기술이 있다. 상기 엔진 다운사이징은 중량 저감 및 연비 개선에 장점이 있고, 특히 상기 자동변속기 다단화는 4속(또는 5속), 후진1속 자동 변속기 대비 많은 변속단을 이용하여 동력성능 및 연비 면에서 우수한 변속비 설계가 가능함으로써 운전성과 연비 경쟁력이 동시에 확보되는 장점이 있다.

이러한 자동변속기 다단화 예로, 유성기어 3세트 및 마찰요소 6개의 조합에 의한 전진8속과 후진1속 자동변속기, 유성기어 4세트와 마찰요소 4개 및 도그클러치 2개의 조합에 의한 전진9속과 후진1속 자동변속기가 있다.

일본공개특허 2012-092879(2012년5월17일)

하지만, 자동변속기는 유성기어세트가 적용된 기어 트레인으로 변속단을 구현함으로써 변속단이 증가하면 할수록 자동변속기를 구성하고 있는 내부 부품수도 증가되는 방식이다. 그러므로, 자동변속기의 다단화에서는 차량 탑재성, 원가, 중량, 동력전달 효율을 오히려 악화시키는 내부 부품수량 증가 없는 기어 트레인 구조로 운전성과 연비 경쟁력 확보를 달성함이 무엇보다 중요할 수밖에 없다.

그러므로, 전진8단, 후진1단 자동변속기 또는 전진9속, 후진1속 자동변속기에 비해 늘어난 변속단으로 연비 개선 효과를 증대시키기 위한 전진10속, 후진1속 자동변속기 개발에는 적은 부품수로 최대한의 효율을 이끌어 낼 수 있는 기어 트레인의 최적 구조가 적용될 수 있어야 한다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 4개의 유성기어세트, 3개의 클러치, 3개의 브레이크를 이용한 기어트레인으로 전진 10속 및 후진1속이 구현됨으로써 엔진 저 RPM 영역대의 운전점 사용으로 차량 정숙 주행성이 향상되고, 특히 기어트레인이 전진 9속 및 후진1속과 동일한 구성 요소로 구현됨으로써 9속 대비 보다 향상된 연비 개선이 이루어지는 차량용 다단 자동변속기를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 다단 자동변속기는 제1,2,3회전요소로 이루어지고, 제1 클러치(C1) 및 제1,2 브레이크(B1,B2)가 전방에 배치된 제1 유성기어세트; 제1,2,3회전요소로 이루어지고, 제2,3 클러치(C2,C3)가 전방에 배치된 제2 유성기어세트; 제1,2,3회전요소로 이루어진 제3 유성기어세트; 제1,2,3회전요소로 이루어지고 제3 브레이크(B3)가 후방에 배치된 제4 유성기어세트; 상기 제1 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제1회전요소가 상기 제1클러치(C1)를 통해 선택적으로 연결되고, 상기 제2 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제3회전요소가 직결된 입력축(IN); 상기 제4 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제3회전요소와 상기 제3 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제2회전요소에 연결된 출력축(OUT);을 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 다단 자동변속기는 제1,2,3회전요소로 이루어지고, 제1 클러치(C1) 및 제1,2 브레이크(B1,B2)가 전방에 배치된 제1 유성기어세트; 제1,2,3회전요소로 이루어지고, 제2,3 클러치(C2,C3)가 전방에 배치된 제2 유성기어세트; 제1,2,3회전요소로 이루어진 제3 유성기어세트; 제1,2,3회전요소로 이루어지고 제3 브레이크(B3)가 후방에 배치된 제4 유성기어세트; 상기 제1 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제1회전요소가 상기 제1클러치(C1)를 통해 선택적으로 연결되고, 상기 제2 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제2회전요소가 직결된 입력축(IN); 상기 제4 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제3회전요소와 상기 제3 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제2회전요소에 연결된 출력축(OUT); 을 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 다단 자동변속기는 전진 10속 및 후진1속이 구현되는 기어트레인이 전진 9속 및 후진1속과 동일한 구성 요소로 이루어짐으로써 기어 트레인 구조의 최적화가 달성되는 효과가 있다.

또한 본 발명의 다단 자동변속기는 최적화된 기어 트레인 구조로 전진10속에 따른 연비 개선 및 엔진 저 RPM 영역대의 운전점 사용에 의한 차량 정숙 주행성 향상을 동시에 달성하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 7속 이상의 자동변속기 탑재 비율이 증가되고 있는 경향에서 다단 자동변속기 시장에 빠르게 대응할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 다단 자동변속기의 기어 트레인 구성예이고, 도 2는 본 발명에 따른 기어 트레인에 적용되는 마찰부재의 변속단별 작동도이며, 도 3내지 도12는 본 발명에 따른 차량용 다단 자동변속기의 전진1~10속에서의 각 변속선도이고, 도 13은 본 발명에 따른 차량용 다단 자동변속기의 후진1속에서의 변속선도이며, 도 14는 본 발명에 따른 기어 트레인 변형예이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 다단 자동변속기의 기어 트레인 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 기어 트레인에서 입력은 입력부재인 입력축(IN)으로 입력되고, 출력은 출력부재인 출력축(OUT)으로 나가게 된다. 상기 입력축(IN)은 엔진 크랭크 축으로부터의 회전동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어지면서 입력되는 토크 컨버터의 터빈축을 의미한다. 상기 출력축(OUT)은 구동륜을 구동시키는 공지의 차동장치로 연결된다.

이를 위해, 상기 기어 트레인은 동일축선상으로 배열된 4개의 유성기어세트(10,20,30,40), 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)로 이루어진 클러치세트(50), 제1,2,3브레이크(B1,B2,B3)로 이루어진 브레이크세트(60)를 포함하고, 4개의 유성기어와 6개의 마찰부재의 선택적인 작용으로 전진 10속 후진 1속을 구현 한다. 특히, 상기 4개의 유성기어세트(10,20,30,40)는 제1 유성기어세트(10)와 제2 유성기어세트(20)로 구성된 제1 복합유성기어장치와, 제3 유성기어세트(30)와 제4 유성기어세트(40)로 구성된 제2 복합유성기어장치로 구분된다. 상기 제1복합유성기어장치와 상기 제2복합유성기어장치는 적어도 하나의 영구 결합 경로에 의해 연결된다.

구체적으로, 상기 제1 유성기어세트(10)의 제1,2,3회전요소중 제1회전요소는 제1클러치(C1)를 통해 입력축(IN)에 선택적으로 연결되고, 제1 브레이크(B1)에 의해 고정되며, 제2 유성기어세트(20)의 제 2회전요소와 영구 연결된다. 상기 제1 유성기어세트(10)의 제1,2,3회전요소중 제2회전요소는 제2 브레이크(B2)에 의해 고정되고, 상기 제2 유성기어세트(20)의 제2회전요소와 제3클러치(C3)를 통해 가변적으로 연결된다. 상기 제1 유성기어세트(10)의 제1,2,3회전요소중 제3회전요소는 제4 유성기어세트(40)의 제2회전요소와 영구 연결된다. 상기 제2 유성기어세트(20)의 제1,2,3회전요소중 제2회전요소는 제3 유성기어세트(30)의 제3회전요소와 제2클러치(C2)를 통해 가변적으로 연결된다. 상기 제2 유성기어세트(20)의 제1,2,3회전요소중 제3회전요소는 입력축(IN)과 영구 연결된다. 상기 제3 유성기어세트(30)의 제1,2,3회전요소중 제1회전요소는 제4 유성기어세트(40)의 제1회전요소와 영구 연결되며, 제3 브레이크(B3)에 의해 고정된다. 상기 제3 유성기어세트(30)의 제1,2,3회전요소중 제2회전요소는 제4 유성기어세트(40)의 제3회전요소와 영구 연결되고, 출력축(OUT)과 영구 연결된다.

그러므로, 상기 제1,2,3,4 유성기어세트(10,20,30,40)는 각각 3개로 이루어진 제1,2,3 회전요소로 구성된다,

일례로, 상기 제1 유성기어세트(10)의 제1,2,3 회전요소는 제1 회전요소인 제1선기어(S1), 제2 회전요소인 제1캐리어(CR1), 제3 회전요소인 제1링기어(R1)이다. 상기 제2 유성기어세트(20)의 제1,2,3 회전요소는 제1 회전요소인 제2선기어(S2), 제2 회전요소인 제2캐리어(CR2), 제3 회전요소인 제2링기어(R2)이다. 상기 제3 유성기어세트(30)의 제1,2,3 회전요소는 제1 회전요소인 제3선기어(S3), 제2 회전요소인 제3캐리어(CR3), 제3 회전요소인 제3링기어(R3)이다. 상기 제4 유성기어세트(40)의 제1,2,3 회전요소는 제1 회전요소인 제4선기어(S4), 제2 회전요소인 제4캐리어(CR4), 제3 회전요소인 제4링기어(R4)이다.

그러므로, 상기 제1선기어(S1)는 제1클러치(C1)를 통해 입력축(IN)에 선택적으로 연결되고, 제1 브레이크(B1)에 의해 고정되며, 제2선기어(S2)와 영구 연결된다. 상기 제1캐리어(CR1)는 제2 브레이크(B2)에 의해 고정되고, 제3클러치(C2)를 통해 제2캐리어(CR2)와 가변적으로 연결된다. 상기 제1링기어(R1)는 제4캐리어(CR4)와 영구 연결된다. 따라서, 제1,2 유성기어세트(10,20)로 구성된 제1복합유성기어장치와 제3,4 유성기어세트(30,40)로 구성된 제2복합유성기어장치의 영구 결합경로는 제1링기어(R1)와 제4캐리어(CR4)로 형성된다.

상기 제2선기어(S2)는 제1선기어(S1)와 영구 연결된다. 상기 제2캐리어(CR2)는 제3링기어(R3)는 제2클러치(C2)를 통해 가변적으로 연결된다. 상기 제2링기어(R2)는 입력축(IN)과 영구 연결된다.

상기 제3선기어(S3)는 제4선기어(S4)와 영구 연결되며, 제3 브레이크(B3)에 의해 고정된다. 상기 제3캐리어(CR3)는 제4링기어(R4)와 영구 연결되고, 출력축(OUT)과 영구 연결된다. 상기 제3링기어(R3)는 제2캐리어(CR2)와 제2클러치(C2)를 통해 가변적으로 연결된다. 따라서, 상기 제3캐리어(CR3)/제4링기어(R4)는 기어트레인의 출력요소로 작용한다.

상기 제4선기어(S4)는 제3선기어(S3)와 영구 연결되며, 제3 브레이크(B3)에 의해 고정된다. 상기 제4캐리어(CR4)는 제1링기어(R1)와 영구 연결된다. 상기 제4링기어(R4)는 제3캐리어(CR3)와 영구 연결된다. 따라서, 상기 제4링기어(R4)/제3캐리어(CR3)는 기어트레인의 출력요소로 작용한다.

그리고, 6개의 마찰부재를 구성하는 제1,2,3 클러치(C1,C2,C3) 및 제1,2,3 브레이크(B1,B2,B3)는 통상적인 방식인 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압 마찰 결합 유닛으로 이루어진다. 특히, 제1 클러치(C1) 및 제1,2 브레이크(B1,B2)는 제1 유성기어세트(10)의 전방에 배치되고, 제2,3 클러치(C1,C2)는 제1 유성기어세트(10)의 후방과 제2 유성기어세트(20)의 전방 사이로 배치되며, 제3 브레이크(B3)는 제4 유성기어세트(40)의 후방에 배치된다. 이러한 배치가 적용됨으로써 이들 마찰부재에 공급되는 유압 유로의 형성이 용이하고, 중량 분포가 균일하여 자동 변속기 전체 중량 밸런스를 향상하게 된다.

구체적으로, 제1 브레이크(B1)는 제1선기어(S1)를 고정하고, 제2 브레이크(B2)는 제1캐리어(CR1)를 고정하며, 제3 브레이크(B3)는 제3선기어(S3)와 연구 연결된 제4선기어(S4)를 고정한다. 제1 클러치(C1)는 입력축(IN)과 제1선기어(S1)를 가변적으로 연결하고, 제2 클러치(C2)는 제2캐리어(CR2)와 제3링기어(R3)를 가변적으로 연결하며, 제3 클러치(C3)는 제1캐리어(CR1)와 제2캐리어(CR2)를 가변적으로 연결한다.

한편, 도 2는 본 실시예에 따른 기어 트레인에 적용되는 마찰부재의 변속단별 작동 요소를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 기어 트레인은 변속 시 각 변속단에서 3개의 마찰부재를 이용함으로써 하나를 풀면서 하나를 잡는 순차변속이 이루어진다. 구체적으로, 전진 1속에서는 제1,2 클러치(C1,C2),제2 브레이크(B2)가 작동되어 변속이 이루어지고, 전진 2속에서는 제2 클러치(C2), 제1,2 브레이크(B1,B2)가 작동되어 변속이 이루어지며, 전진 3속에서는 제2 클러치(C2), 제2,3 브레이크(B2,B3)가 작동되어 변속이 이루어지고, 전진 4속에서는 제2 클러치(C2), 제1,3 브레이크(B1,B3)가 작동되어 변속이 이루어지며, 전진 5속에서는 제1,2 클러치(C1,C2), 제3 브레이크(B3)가 작동되어 변속이 이루어지고, 전진 6속에서는 제1,2,3 클러치C1,(C2,C3)가 작동되어 변속이 이루어지며, 전진 7속에서는 제2,3 클러치(C2,C3), 제3 브레이크(B3)가 작동되어 변속이 이루어지고, 전진 8속에서는 제1,3 클러치(C1,C3), 제3 브레이크(B3)가 작동되어 변속이 이루어지며, 전진 9속에서는 제3 클러치(C3), 제1,3 브레이크(B1,B3)가 작동되어 변속이 이루어지고, 전진 10속에서는 제3 클러치(C3), 제2,3 브레이크(B2,B3)가 작동되어 변속이 이루어지며, 후진에서는 제1 클러치(C1), 제2,3 브레이크(B2,B3)가 작동되어 변속이 이루어진다.

이와 같이, 각 변속단의 구현에 모두 총 3개씩의 작동요소를 결합하여 구현하므로, 작동하지 않는 마찰요소의 수를 줄여서 마찰 드래그 손실을 줄일 수 있는 바, 이는 변속기의 동력 전달효율을 향상시켜 궁극적으로 차량의 연비 향상에 기여할 수 있게 된다.

한편, 도 3내지 도13은 본 실시예에 따른 기어트레인의 전진1~10속, 후진1속에 대한 각 변속선도를 가시적으로 도시한 것이다.

도시된 각 변속선도에서, 가로 파선은 연결 상태를 나타내고, 가로 중앙선은 회전속도 "0"을 나타내며, 가로 상측선 및 가로 하측선은 각각 입력축(IN)과 동일 회전속도인 회전속도 "1.0" 을 나타낸다. 또한, 6개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제1링기어(R1), 제1캐리어(CR1), 제1선기어(S1), 제2선기어(S2), 제2캐리어(CR2), 제2링기어(R2), 제3선기어/제4선기어(S3,S4), 제4캐리어(CR4), 제3캐리어(CR3)/제4링기어(R4), 제1캐리어(CR1), 제1선기어(S1), 제3링기어(R3)로 설정되며, 이들 사이의 간격은 제1,2,3,4 유성기어세트(10,20,30,40)의 각 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다. 그리고, 입력은 제1 복합유성기어장치를 구성하는 제1 유성기어세트(10)와 제2 유성기어세트(20)로 전달되고, 출력은 제2 복합유성기어장를 구성하는 제3 유성기어세트(30)와 제4 유성기어세트(40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)로 나온다. 이러한 변속선도에서 각 회전요소의 위치 설정은 기어 트레인의 당업자라면 충분히 알 수 있는 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 3의 전진1속에서는 제1,2 클러치(C1,C2),제2 브레이크(B2)가 작동 제어된다. 그러면, 제1클러치(C1)의 작동은 입력축(IN)을 제1선기어(S1)로 이어주며, 제2클러치(C2)의 작동은 제2캐리어(CR2)와 제3링기어(R3)를 이어주고, 제2 브레이크(B2)의 작동은 제1캐리어(CR1)를 고정하여준다. 이로 인하여, 입력축(IN)의 입력은 제1,2 유성기어세트(10,20)의 제1선기어(S1)/제2링기어(R2)로 각각 이루어지고, 회전요소의 상호 보완작동에 의한 속도선 형성으로 제3,4 유성기어세트(30,40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)에서는 가로상측선의 V1 만큼 전진 1속 출력이 이루어진다. 상기 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)의 1속 출력은 출력축(OUT)을 통해 차동장치로 전달됨으로써 전진 1속의 변속이 완료된다.

도 4의 전진 2속에서는 전진1속 상태에서 제1 클러치(C1)의 해제와 제1 브레이크(B1)의 작동이 이루어짐으로써 제2 클러치(C2), 제1,2 브레이크(B1,B2)가 작동 제어된다. 그러면, 제1클러치(C1)의 해제는 입력축(IN)을 제1선기어(S1)와 끊어주고, 제1 브레이크(B1)의 작동은 제1링기어(R1)를 고정하여준다. 이로 인하여, 회전요소의 상호 보완작동에 의한 속도선 형성으로 제3,4 유성기어세트(30,40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)에서는 가로상측선의 V2만큼 전진 2속 출력이 이루어진다. 상기 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)의 2속 출력은 출력축(OUT)을 통해 차동장치로 전달됨으로써 전진 2속의 변속을 완료하게 된다.

도 5의 전진 3속에서는 전진2속 상태에서 제1 브레이크(B1)의 해제와 제3 브레이크(B3)의 작동이 이루어짐으로써 제2 클러치(C2), 제2,3 브레이크(B2,B3)가 작동 제어된다. 그러면, 제1 브레이크(B1)의 해제는 제1링기어(R1)를 풀어주고, 제3 브레이크(B3)의 작동은 제3,4선기어(S3S4)를 고정하여준다. 이로 인하여, 회전요소의 상호 보완작동에 의한 속도선 형성으로 제3,4 유성기어세트(30,40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)에서는 가로상측선의 V3만큼 전진 3속 출력이 이루어진다. 상기 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)의 3속 출력은 출력축(OUT)을 통해 차동장치로 전달됨으로써 전진 3속의 변속을 완료하게 된다.

도 6의 전진 4속에서는 전진3속 상태에서 제2 브레이크(B1)의 해제와 제1 브레이크(B1)의 작동이 이루어짐으로써 제2 클러치(C2), 제1,3 브레이크(B1,B3)가 작동 제어된다. 그러면, 제2 브레이크(B2)의 해제는 제1캐리어(CR1)를 풀어주고, 제1 브레이크(B1)의 작동은 제1선기어(S1)를 고정하여준다. 이로 인하여, 회전요소의 상호 보완작동에 의한 속도선 형성으로 제3,4 유성기어세트(30,40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)에서는 가로상측선의 V4만큼 전진 4속 출력이 이루어진다. 상기 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)의 4속 출력은 출력축(OUT)을 통해 차동장치로 전달됨으로써 전진 4속의 변속을 완료하게 된다.

도 7의 전진 5속에서는 전진 4속 상태에서 제1 브레이크(B1)의 해제와 제1 클러치(C1)의 작동이 이루어짐으로써 제1,2 클러치(C1,C2), 제3 브레이크(B3)가 작동 제어된다. 그러면, 제1 브레이크(B1)의 해제는 제1링기어(R1)를 풀어주고, 제1클러치(C1)의 작동은 입력축(IN)을 제1선기어(S1)로 이어준다. 이로 인하여, 회전요소의 상호 보완작동에 의한 속도선 형성으로 제3,4 유성기어세트(30,40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)에서는 가로상측선의 V5 만큼 전진 5속 출력이 이루어진다. 상기 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)의 5속 출력은 출력축(OUT)을 통해 차동장치로 전달됨으로써 전진 5속의 변속이 완료된다.

도 8의 전진 6속에서는 전진 5속 상태에서 제3 브레이크(B3)의 해제와 제3 클러치(C3)의 작동이 이루어짐으로써 제1,2,3 클러치C1,C2,C3)가 작동 제어된다. 그러면, 제3 브레이크(B3)의 해제는 제3,4선기어(S3S4)를 풀어주고, 제3클러치(C3)의 작동은 제1캐리어(CR1)와 제3링기어(R3)를 이어준다. 이로 인하여, 회전요소의 상호 보완작동에 의한 속도선 형성으로 제3,4 유성기어세트(30,40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)에서는 가로상측선의 V6 만큼 전진 6속 출력이 이루어진다. 상기 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)의 6속 출력은 출력축(OUT)을 통해 차동장치로 전달됨으로써 전진 6속의 변속이 완료된다.

도 9의 전진 7속에서는 전진 6속 상태에서 제1 클러치(C1)의 해제와 제3 브레이크(B3)의 작동이 이루어짐으로써 제2,3 클러치(C2,C3), 제3 브레이크(B3)가 작동 제어된다. 그러면, 제1클러치(C1)의 해제는 입력축(IN)을 제1선기어(S1)와 끊어주고, 제3 브레이크(B3)의 작동은 제3,4선기어(S3S4)를 고정하여준다. 이로 인하여, 회전요소의 상호 보완작동에 의한 속도선 형성으로 제3,4 유성기어세트(30,40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)에서는 가로상측선의 V7 만큼 전진 7속 출력이 이루어진다. 상기 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)의 7속 출력은 출력축(OUT)을 통해 차동장치로 전달됨으로써 전진 7속의 변속을 완료하게 된다.

도 10의 전진 8속에서는 전진 7속 상태에서 제2 클러치(C2)의 해제와 제1 클러치(C1)의 작동이 이루어짐으로써 제1,3 클러치(C1,C3), 제3 브레이크(B3)가 작동 제어된다. 그러면, 제2클러치(C2)의 해제는 제2캐리어(CR2)와 제3링기어(R3)를 끊어주고, 제1클러치(C1)의 작동은 입력축(IN)을 제1선기어(S1)로 이어준다. 이로 인하여, 회전요소의 상호 보완작동에 의한 속도선 형성으로 제3,4 유성기어세트(30,40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)에서는 가로상측선의 V8 만큼 전진 8속 출력이 이루어진다. 상기 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)의 8속 출력은 출력축(OUT)을 통해 차동장치로 전달됨으로써 전진 8속의 변속을 완료하게 된다.

도 11의 전진 9속에서는 전진 8속 상태에서 제1 클러치(C2)의 해제와 제1 브레이크(B1)의 작동이 이루어짐으로써 제3 클러치(C3), 제1,3 브레이크(B1,B3)가 작동 제어된다. 그러면, 제1클러치(C1)의 해제는 입력축(IN)을 제1선기어(S1)와 끊어주고, 제1 브레이크(B1)의 작동은 제1선기어(S1)를 고정하여준다. 이로 인하여, 회전요소의 상호 보완작동에 의한 속도선 형성으로 제3,4 유성기어세트(30,40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)에서는 가로상측선의 V9 만큼 전진 9속 출력이 이루어진다. 상기 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)의 9속 출력은 출력축(OUT)을 통해 차동장치로 전달됨으로써 전진 9속의 변속을 완료하게 된다.

도 12의 전진 10속에서는 전진 9속 상태에서 제1 브레이크(B1)의 해제와 제2 브레이크(B2)의 작동이 이루어짐으로써 제3 클러치(C3), 제2,3 브레이크(B2,B3)가 작동 제어된다. 그러면, 제1 브레이크(B1)의 해제는 제1링기어(R1)를 풀어주고, 제2 브레이크(B2)의 작동은 제1캐리어(CR1)를 고정하여준다. 이로 인하여, 회전요소의 상호 보완작동에 의한 속도선 형성으로 제3,4 유성기어세트(30,40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)에서는 가로상측선의 V10 만큼 전진 9속 출력이 이루어진다. 상기 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)의 10속 출력은 출력축(OUT)을 통해 차동장치로 전달됨으로써 전진 10속의 변속을 완료하게 된다.

도 13의 후진에서는 제1 클러치(C1), 제2,3 브레이크(B2,B3)가 작동 제어된다. 그러면, 제1클러치(C1)의 작동은 입력축(IN)을 제1선기어(S1)로 이어주며, 제3 브레이크(B3)의 작동은 제3,4선기어(S3S4)를 고정하여준다. 이로 인하여, 입력축(IN)의 입력은 제1,2 유성기어세트(10,20)의 제1선기어(S1)/제2링기어(R2)로 각각 이루어지고, 회전요소의 상호 보완작동에 의한 속도선 형성으로 제3,4 유성기어세트(30,40)의 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)에서는 가로하측선의 R1 만큼 후진 1속 출력이 이루어진다. 상기 제3캐리어/제4링기어(CR3R4)의 후진 1속 출력은 출력축(OUT)을 통해 차동장치로 전달됨으로써 후진 1속의 변속을 완료하게 된다.

한편, 도 14는 본 발명에 따른 기어 트레인 변형예이다.

도시된 바와 같이, 기어 트레인은 동일축선상으로 배열된 4개의 유성기어세트(10,20,30,40), 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)와 제1,2,3브레이크(B1,B2,B3)로 이루어진 6개의 마찰부재를 포함함으로써 도 1내지 도 13을 통해 기술된 기어 트레인과 동일한 구성요소로 구성된다. 다만, 도 1내지 도 13을 통해 기술된 바와 달리 회전요소에 대한 입력축(IN)의 연결을 변경하고, 이러한 입력축(IN)의 변경에 따라 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)는 도 1내지 도 13을 통해 기술된 클러치세트(50)와 배열을 달리한 변형 클러치세트(50-1)로 구성되는 차이가 있다.

구체적으로, 입력축(IN)은 제2 유성기어세트(20)의 제2 회전요소인 제2캐리어(CR2)에 연결되고, 제2 클러치(C2)는 제2 유성기어세트(20)의 제3 회전요소인 제2링기어(R2)에 연결되며, 제3클러치(C3)는 제1 유성기어세트(10)의 제2 회전요소인 제1캐리어(CR1)에 연결되어 제2 클러치(C2)와 연계된다. 이로 인해, 전진1속내지10속 및 후진1속의 변속 시 도 3내지 도 13을 통해 기술된 입력축(IN)의 입력은 제2 유성기어세트(20)의 제2 링기어(R2)대신 제2 캐리어(CR2)로 이어진다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 다단 자동변속기는 4개의 유성기어세트(10,20,30,40), 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)와 제1,2,3브레이크(B1,B2,B3)로 이루어진 6개의 마찰부재로 구성된 기어 트레인을 갖추고, 회전요소에 대한 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)의 다양한 배열로 전진 10속 후진 1속의 구현을 다양하게 할 수 있다.

10 : 제1 유성기어세트 S1; 제1선기어
CR1; 제1캐리어 R1; 제1링기어
20: 제2 유성기어세트 S2; 제2선기어
CR2; 제2캐리어 R2; 제2링기어
30: 제3 유성기어세트 S3; 제3선기어
CR3; 제3캐리어 R3; 제3링기어
40: 제4 유성기어세트 S4; 제4선기어
CR4; 제4캐리어 R4; 제4링기어
50: 클러치세트 50-1: 변형 클러치세트
C1; 제1클러치
C2; 제2클러치 C3; 제3클러치
60 : 브레이크세트 B1; 제1브레이크
B2; 제2브레이크 B3; 제3브레이크
IN; 입력축 OUT; 출력축

Claims

각각 제1,2,3회전요소로 이루어진 제1,2,3,4 유성기어세트; 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)와 제1,2,3브레이크(B1,B2,B3)로 이루어진 마찰부재; 회전력이 입력으로 들어오는 입력축(IN); 회전력이 출력으로 나가는 출력축(OUT);을 포함하고,
상기 제1 유성기어세트의 제1회전요소는 상기 제1 브레이크(B1)에 의해 고정된 상태에서 상기 제1클러치(C1)를 통해 상기 입력축(IN)에 선택적으로 연결됨과 더불어 상기 제2 유성기어세트의 제 1회전요소와 영구 연결되며, 상기 제1 유성기어세트의 제2회전요소는 상기 제2 브레이크(B2)에 의해 고정된 상태에서 상기 제2 유성기어세트의 제 2회전요소와 상기 제3클러치(C3)를 통해 가변적으로 연결되고, 상기 제1 유성기어세트의 제3회전요소는 상기 제4 유성기어세트의 제2회전요소와 영구 연결되며;
상기 제2 유성기어세트의 제1회전요소는 상기 제1 유성기어세트의 제1회전요소와 영구 연결되고, 상기 제2 유성기어세트의 제2회전요소는 상기 제3 유성기어세트의 제3회전요소와 상기 제2클러치(C2)를 통해 가변적으로 연결되고, 상기 제2 유성기어세트의 제3회전요소는 입력축(IN)과 영구 연결되고;
상기 제3 유성기어세트의 제1회전요소는 상기 제4 유성기어세트의 제1회전요소와 영구 연결됨과 더불어 상기 제3 브레이크(B3)에 의해 고정되고, 상기 제3 유성기어세트의 제2회전요소는 상기 제4 유성기어세트의 제3회전요소와 영구 연결됨과 더불어 상기 출력축(OUT)과 영구 연결되며, 상기 제3 유성기어세트의 제3회전요소는 상기 제2클러치(C2)를 통해 상기 제2 유성기어세트의 제2회전요소와 가변적으로 연결되며;
상기 제4 유성기어세트의 제1회전요소는 상기 제3 유성기어세트의 제1회전요소와 영구 연결됨과 더불어 상기 제3 브레이크(B3)에 의해 고정되고, 상기 제4 유성기어세트의 제3회전요소는 상기 제1 유성기어세트의 제3회전요소와 영구 연결되며, 상기 제4 유성기어세트의 제3회전요소는 상기 제3 유성기어세트의 제2회전요소와 영구 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 1에 있어서, 상기 입력축(IN)은 상기 제1 유성기어세트의 제1회전요소가 상기 제1클러치(C1)를 통해 선택적으로 연결되고, 상기 제2 유성기어세트의 제3회전요소가 직결되며; 상기 출력축(OUT)은 상기 제4 유성기어세트의 제3회전요소와 상기 제3 유성기어세트의 제2회전요소에 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 유성기어세트와 상기 제2 유성기어세트는 제1 복합유성기어장치를 구성하고, 상기 제3 유성기어세트와 상기 제4 유성기어세트는 제2 복합유성기어장치를 구성하는 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 유성기어세트의 제1회전요소는 제1선기어(S1)이고, 제2 회전요소는 제1캐리어(CR1)이며, 제3 회전요소는 제1링기어(R1)이고;
상기 제2 유성기어세트의 제1회전요소는 제2선기어(S2)이고, 제2 회전요소는 제2캐리어(CR2)이며, 제3 회전요소는 제2링기어(R2)이고;
상기 제3 유성기어세트의 제1회전요소는 제3선기어(S3)이고, 제2 회전요소는 제3캐리어(CR3)이며, 제3 회전요소는 제3링기어(R3)이며;
상기 제4 유성기어세트의 제1회전요소는 제4선기어(S4)이고, 제2 회전요소는 제4캐리어(CR4)이며, 제3 회전요소는 제4링기어(R4)인 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 유성기어세트의 제1선기어(S1), 제1캐리어(CR1), 제1링기어(R1)중 상기 제1선기어(S1)는 상기 제1 브레이크(B1)에 의해 고정된 상태에서 상기 제1클러치(C1)를 통해 상기 입력축(IN)에 선택적으로 연결됨과 더불어 상기 제2 유성기어세트의 제2선기어(S2)와 영구 연결되며, 상기 제1캐리어(CR1)는 상기 제2 브레이크(B2)에 의해 고정된 상태에서 상기 제2 유성기어세트의 제2캐리어(CR2)와 상기 제3클러치(C3)를 통해 가변적으로 연결되고, 상기 제1링기어(R1)는 상기 제4 유성기어세트의 제4캐리어(CR4)와 영구 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 4에 있어서, 상기 제2 유성기어세트의 제2선기어(S2), 제2캐리어(CR2), 제2링기어(R2)중 상기 제2선기어(S2)는 상기 제1 유성기어세트의 제1선기어(S1)와 영구 연결되고, 상기 제2캐리어(CR2)는 상기 제3 유성기어세트의 제3링기어(R3)와 상기 제2클러치(C2)를 통해 가변적으로 연결되고, 상기 제2링기어(R2)는 상기 입력축(IN)과 영구 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 4에 있어서, 상기 제3 유성기어세트의 제3선기어(S3), 제3캐리어(CR3), 제3링기어(R3)중 상기 제3선기어(S3)는 상기 제4 유성기어세트의 제4선기어(S4)와 영구 연결됨과 더불어 상기 제3 브레이크(B3)에 의해 고정되고, 상기 제3캐리어(CR3)는 상기 제4 유성기어세트의 제4링기어(R4)와 영구 연결됨과 더불어 상기 출력축(OUT)과 영구 연결되며, 상기 제3링기어(R3)는 상기 제2클러치(C2)를 통해 상기 제2 유성기어세트의 제2캐리어(CR2)와 가변적으로 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 4에 있어서, 상기 제4 유성기어세트의 제4선기어(S4), 제4캐리어(CR4), 제4링기어(R4)중 상기 제4선기어(S4)는 상기 제3 유성기어세트의 제3선기어(S3)와 영구 연결됨과 더불어 상기 제3 브레이크(B3)에 의해 고정되고, 상기 제4캐리어(CR4)는 상기 제1 유성기어세트의 제1링기어(R1)와 영구 연결되며, 상기 제4링기어(R4)는 상기 제3 유성기어세트의 제3캐리어(CR3)와 영구 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
제1,2,3회전요소로 이루어지고, 제1 클러치(C1) 및 제1,2 브레이크(B1,B2)가 전방에 배치된 제1 유성기어세트;
제1,2,3회전요소로 이루어지고, 제2,3 클러치(C2,C3)가 전방에 배치된 제2 유성기어세트;
제1,2,3회전요소로 이루어진 제3 유성기어세트;
제1,2,3회전요소로 이루어지고 제3 브레이크(B3)가 후방에 배치된 제4 유성기어세트;
상기 제1 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제1회전요소가 상기 제1클러치(C1)를 통해 선택적으로 연결되고, 상기 제2 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제2회전요소가 직결된 입력축(IN);
상기 제4 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제3회전요소와 상기 제3 유성기어세트의 제1,2,3회전요소중 제2회전요소에 연결된 출력축(OUT);을 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 9에 있어서, 상기 제1 유성기어세트의 제1회전요소는 제1선기어(S1)이고, 제2 회전요소는 제1캐리어(CR1)이며, 제3 회전요소는 제1링기어(R1)이고;
상기 제2 유성기어세트의 제1회전요소는 제2선기어(S2)이고, 제2 회전요소는 제2캐리어(CR2)이며, 제3 회전요소는 제2링기어(R2)이고;
상기 제3 유성기어세트의 제1회전요소는 제3선기어(S3)이고, 제2 회전요소는 제3캐리어(CR3)이며, 제3 회전요소는 제3링기어(R3)이며;
상기 제4 유성기어세트의 제1회전요소는 제4선기어(S4)이고, 제2 회전요소는 제4캐리어(CR4)이며, 제3 회전요소는 제4링기어(R4)인 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 10에 있어서, 상기 제1 유성기어세트의 제1선기어(S1), 제1캐리어(CR1), 제1링기어(R1)중 상기 제1선기어(S1)는 상기 제1 브레이크(B1)에 의해 고정된 상태에서 상기 제1클러치(C1)를 통해 상기 입력축(IN)에 선택적으로 연결됨과 더불어 상기 제2 유성기어세트의 제2선기어(S2)와 영구 연결되며, 상기 제1캐리어(CR1)는 상기 제2 브레이크(B2)에 의해 고정된 상태에서 상기 제2 유성기어세트의 제2캐리어(CR2)와 상기 제3클러치(C3)를 통해 가변적으로 연결되고, 상기 제1링기어(R1)는 상기 제4 유성기어세트의 제4캐리어(CR4)와 영구 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 10에 있어서, 상기 제2 유성기어세트의 제2선기어(S2), 제2캐리어(CR2), 제2링기어(R2)중 상기 제2선기어(S2)는 상기 제1 유성기어세트의 제1선기어(S1)와 영구 연결되고, 상기 제2캐리어(CR2)는 상기 입력축(IN)과 영구 연결되며, 상기 제2링기어(R2)는 상기 제3 유성기어세트의 제3링기어(R3)와 상기 제2클러치(C2)를 통해 가변적으로 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 10에 있어서, 상기 제3 유성기어세트의 제3선기어(S3), 제3캐리어(CR3), 제3링기어(R3)중 상기 제3선기어(S3)는 상기 제4 유성기어세트의 제4선기어(S4)와 영구 연결됨과 더불어 상기 제3 브레이크(B3)에 의해 고정되고, 상기 제3캐리어(CR3)는 상기 제4 유성기어세트의 제4링기어(R4)와 영구 연결됨과 더불어 상기 출력축(OUT)과 영구 연결되며, 상기 제3링기어는 상기 제2클러치(C2)를 통해 상기 제2 유성기어세트의 제2링기어(R2)와 가변적으로 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.
청구항 10에 있어서, 상기 제4 유성기어세트의 제4선기어(S4), 제4캐리어(CR4), 제4링기어(R4)중 상기 제4선기어(S4)는 상기 제3 유성기어세트의 제3선기어(S3)와 영구 연결됨과 더불어 상기 제3 브레이크(B3)에 의해 고정되고, 상기 제4캐리어(CR4)는 상기 제1 유성기어세트의 제1링기어(R1)와 영구 연결되며, 상기 제4링기어(R4)는 상기 제3 유성기어세트의 제3캐리어(CR3)와 영구 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 자동변속기.