KR20170024189A

KR20170024189A - 자동화 수동변속기

Info

Publication number: KR20170024189A
Application number: KR1020150118674A
Authority: KR
Inventors: 어순기; 김천옥; 임채홍
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2017-03-07
Also published as: CN106481750A; US10072733B2; US20170059006A1

Abstract

본 발명은 변속기의 전장을 축소하고, 변속기 생산비용을 최소화하는 자동화 수동변속기에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는, 메인클러치를 매개로 동력원의 회전동력을 제공받는 제1입력축; 동력원의 회전동력을 상시 제공받는 제2입력축; 제1입력축과 출력축에 기어비를 달리하는 복수의 변속기어짝이 치합 결합되고, 동기장치에 의해 주행속도에 맞는 변속기어짝을 선택하는 변속장치부; 출력축과 평행하게 배치된 카운터축; 및 어시스트클러치를 매개로 상기 카운터축에 결합 가능하게 구비되고, 출력축에 구비된 출력기어에 치합 결합되어 특정 변속단의 기어비를 형성하는 어시스트입력기어;를 포함하여 구성되는 자동화 수동변속기가 소개된다.

Description

자동화 수동변속기{AUTOMATED MANUAL TRANSMISSION}

본 발명은 자동화 수동변속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변속기 전장축소를 통해 차량 탑재성을 향상시키고, 기존 수동변속기의 생산라인을 활용하여 변속기 생산비용을 최소화하는 자동화 수동변속기에 관한 것이다.

자동화 수동변속기는 차량의 운전중 액츄에이터에 의해 자동적으로 변속이 이루어져서 자동변속기와 유사한 운전 편의성을 제공하고, 자동변속기보다 우수한 동력 전달 효율로 차량의 연비향상에 기여할 수 있다.

이 같은, 자동화 수동변속기는 기존의 수동 변속기에 유공압 액츄에이터를 이용하여, 기어 콘트롤에 의한 변속과정을 운전자가 아닌 TCU(Transmission Control Unit)를 통해 자동으로 변속하게 하는 장치이다.

한편, 이러한 자동화 수동변속기가 탑재된 차량에서 토크 어시스트가 이루어지는 AMT(Automated Manual Transmission)시스템에 대해 간단히 살펴보면, 엔진으로부터 전달되는 회전력이 메인클러치와 어시스트클러치의 단속을 통해 변속기에 선택적으로 전달되고, 이 중 메인클러치의 단속 작동을 통해서는 1,3,4,5,R단을 형성할 수 있으며, 어시스트클러치의 단속 작동을 통해서는 2단을 형성할 수 있다.

즉, 1단 또는 3단 변속단을 형성하여 주행시, 2단으로 변속이 이루어지는 경우, 상기 메인클러치와 어시스트클러치의 토크 교차 제어를 통해 2단 변속을 실시하므로, 2단 변속 과정에서 발생되는 토크드롭 현상을 방지하게 되고, 이에 변속 중 토크 단절감이 발생하는 것을 방지하게 된다(DCT의 더블클러치 변속과 유사).

그러나, 기존의 토크 어시스트 AMT시스템은 토크 어시스트에 이용되는 2단 출력기어가 출력축에 별도 마련되고, 어시스트클러치가 엔진 반대측 끝부분에 구비됨으로써, 변속기의 전장이 증대되어 변속기의 차량 탑재성이 저하되는 문제가 있었다.

또한, 일반적인 수동변속기 배치구조와 비교할 때에 축의 개수 및 기어단 배치 등에 차이가 있어, 기존의 수동변속기 생산라인을 활용하여 AMT용 변속기를 생산하기에는 어려움이 있고, 결국 토크 어시스트 AMT 시스템 전용의 생산설비를 별도 마련해야 하는 문제가 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

10-2013-0115618

A

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 변속기 전장축소를 통해 차량 탑재성을 향상시키고, 기존 수동변속기의 생산라인을 활용하여 변속기 생산비용을 최소화하는 자동화 수동변속기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 메인클러치를 매개로 동력원의 회전동력을 제공받는 제1입력축; 동력원의 회전동력을 상시 제공받는 제2입력축; 제1입력축과 출력축에 기어비를 달리하는 복수의 변속기어짝이 치합 결합되고, 동기장치에 의해 주행속도에 맞는 변속기어짝을 선택하는 변속장치부; 출력축과 평행하게 배치된 카운터축; 및 어시스트클러치를 매개로 상기 카운터축에 결합 가능하게 구비되고, 출력축에 구비된 출력기어에 치합 결합되어 특정 변속단의 기어비를 형성하는 어시스트입력기어;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 어시스트입력기어는, 변속장치부에 마련된 변속기어짝의 출력기어 중 어느 하나의 출력기어에 치합 결합될 수 있다.

상기 제2입력축에서 카운터축을 통해 출력축으로 전달되는 동력 전달경로 상에 마련되어, 제2입력축에 제공된 동력원의 회전방향을 출력축에 전환하여 전달하는 아이들러기어세트;를 더 포함할 수 있다.

상기 아이들러기어세트는, 제2입력축에 구비된 제1전달기어; 카운터축에 구비된 제2전달기어; 제2입력축과 카운터축에 평행하게 배치된 아이들러축; 상기 아이들러축에 구비되고, 제1전달기어와 제2전달기어에 치합 결합된 아이들러기어;를 포함할 수 있다.

상기 아이들러기어는, 제1전달기어와 짝을 이루어 치합 결합된 제1아이들러기어; 제2전달기어와 짝을 이루어 치합 결합된 제2아이들러기어;를 포함하고, 상기 제1전달기어와 제1아이들러기어가 짝을 이루어 형성된 기어비와, 제2전달기어와 제2아이들러기어가 짝을 이루어 형성된 기어비 중 하나 이상은 감속기어비를 형성할 수 있다.

상기 제2입력축이 중공축으로 형성되어, 제1입력축이 제2입력축에 삽입되고; 상기 카운터축은 변속장치부의 측부에 배치될 수 있다.

상기 동력원과 플라이휠 사이에 메인클러치가 배치되고; 상기 메인클러치가 제1입력축에 직결되며; 상기 제2입력축이 중공축으로 형성되어 제1입력축을 감싸는 형상으로 구비될 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 어시스트입력기어가 변속기어짝의 출력기어에 치합되어 토크 어시스트를 위한 기어 및 축의 개수를 줄이는 것은 물론, 어시스트입력기어를 변속장치부의 측부에 배치함으로써, 변속기의 전장을 축소하여 차량 탑재성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 변속장치부의 배치구조를 기존의 수동변속기의 배치구조와 유사하게 구성함으로써, 기존의 수동변속기와 생산라인의 공유가 가능하여 변속기 생산비용을 절감하는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 토크 어시스트 자동화 수동변속기의 전체 구조를 나타낸 도면.
도 2a, 2b는 본 발명에 의해 N단에서 1단으로 변속이 이루어지는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 3a, 3b는 본 발명에 의한 1단에서 2단으로 변속이 이루어지는 과정을 설명하기 위한 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 자동화 수동변속기는, 토크 어시스트 기능을 갖는 AMT로서, 제1입력축(INPUT1)과, 제2입력축(INPUT2)과, 변속장치부(13)와, 카운터축(CNT) 및 어시스트입력기어(15)를 포함하여 구성할 수 있다.

도 1을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 제1입력축(INPUT1)은 메인클러치(CM)를 매개로 동력원의 회전동력을 선택적으로 제공받을 수 있다.

예컨대, 상기 제1입력축(INPUT1)은 메인클러치(CM)를 구성하는 클러치디스크에 직결 상태로 고정될 수 있고, 상기 클러치디스크는 엔진(11)과 플라이휠(25) 사이에 배치되어 플라이휠(25)에 단속될 수 있다. 그리고, 상기 클러치디스크의 단속 작동은 플라이휠(25)과 후술하는 변속장치부(13) 사이에 배치되는 CSC(27)(또는 기타의 동력 단속장치)를 통해 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 동력원은 엔진(11)일 수 있다. 그리고, 상기 메인클러치(CM)는 건식클러치 뿐만 아니라 토크 컨버터, 유체커플링, 유성기어를 이용한 동력의 단속장치, 전기적 힘을 이용한 전자클러치, 스플라인이나 도그 클러치 등과 같은 기계적인 연결장치 등 엔진(11)으로부터 전달되는 동력을 단속하는 모든 요소의 구성이 가능할 수 있다.

제2입력축(INPUT2)은 상기 동력원의 회전동력을 상시 제공받을 수 있다. 예컨대, 상기 제2입력축(INPUT2)은 댐퍼(부호생략)를 매개로 플라이휠(25)에 연결될 수 있고, 상기 플라이휠(25)은 엔진(11)에 고정되어 엔진(11)으로부터 상시 회전동력을 제공받을 수 있다.

이때에, 상기 제2입력축(INPUT2)은 중공축으로 형성되어, 제2입력축(INPUT2)이 제1입력축(INPUT1)을 감싸는 형상으로 삽입 구비될 수 있다.

즉, 기존에는 엔진과 직결된 입력축에 의해 어시스트클러치에 회전동력이 제공되고, 메인클러치와 연결되면서 중공축으로 형성된 입력축에 기어비를 달리하는 변속기어짝들의 여러 입력기어들이 고정된 구조로 이루어져 있어, 입력기어들의 직경이 커질수 밖에 없었다.

하지만, 본 발명에서는 메인클러치(CM)와 플라이휠(25)의 배치 구조에 의한 동력 전달경로의 변경을 통해서 중공축으로 형성된 제2입력축(INPUT2)을 통해서 어시스트클러치(CA)에 회전동력을 제공하도록 구성하고, 제2입력축(INPUT2)에 삽입되는 제1입력축(INPUT1)을 따라 입력기어들을 고정하도록 구성하게 되는바, 상기 입력기어들의 직경을 감소시켜 변속기의 중량 및 크기를 줄이면서도 기존의 토크 어시스트 AMT와 동일한 기능을 구현할 수 있도록 한다.

변속장치부(13)는, 상기 제1입력축(INPUT1)과 출력축(OUTPUT)에 기어비를 달리하는 복수의 변속기어짝이 치합 결합되고, 동기장치에 의해 주행속도에 맞는 변속기어짝을 선택하도록 구성할 수 있다. 이때에, 상기 출력축(OUTPUT)은 제1입력축(INPUT1)과 나란하게 배치되어, 복수의 변속기어짝 및 동기장치가 배치될 수 있다.

예컨대, 상기 제1입력축(INPUT1)과 출력축(OUTPUT)에 1단, 3단, 4단, 5단, R단 형성을 위한 변속기어짝이 치합 결합될 수 있고, 제1입력축(INPUT1) 또는 출력축(OUTPUT)에 해당 변속기어짝을 선택하기 위한 동기장치가 구비될 수 있다.

카운터축(CNT)은 출력축(OUTPUT)과 평행하게 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 카운터축(CNT)은 변속장치부(13)의 측부에 배치될 수 있다.

다음으로, 어시스트입력기어(15)는 어시스트클러치(CA)를 매개로 상기 카운터축(CNT)에 결합 가능하게 구비되고, 출력축(OUTPUT)에 구비된 출력기어에 치합 결합되어 특정 변속단의 기어비를 형성할 수 있다.

예컨대, 상기 어시스트입력기어(15)에 의해 형성되는 특정 변속단의 기어비는 2단 기어비일 수 있고, 상기 어시스트입력기어(15)는 변속장치부(13)에 마련된 변속기어짝의 출력기어 중 어느 하나의 출력기어에 치합 결합될 수 있다.

즉, 도 1에서는 상기 어시스트입력기어(15)가 4단 형성을 위한 출력기어에 치합되는 것으로 도시하고 있지만, 출력축(OUTPUT)에 직결되어 있는 다른 출력기어에 치합 결합될 수도 있다.

그리고, 상기 어시스트클러치(CA)는 마찰을 이용한 건식 또는 습식 클러치, 싱크로 동기장치, 도그 클러치, 전기 및 유압신호를 이용한 동력 단속 장치(마찰밴드, 클러치류, 마그네틱을 활용한 기구)등 및 래치 등을 이용한 기구 등도 적용이 가능하며, 기계적으로 짧은 시간에 동기를 완료시키는 장치도 적용할 수 있다.

상기한 구성에 따르면, 본 발명은 2단 구현을 위한 어시스트입력기어(15)가 변속기어짝의 출력기어 중 어느 하나에 치합 결합됨으로써, 2단 형성을 위한 출력기어 및 동기장치가 불필요하고, 또한 어시스트입력기어(15)가 변속장치부(13)의 측부에 배치됨으로써, 변속기의 전장을 축소하여 차량의 탑재성을 향상시키게 된다.

더욱이, 본 발명의 토크 어시스트 AMT에 기존의 수동변속기의 배치 구조를 갖는 변속장치부(13)의 구조를 적용함으로써, 기존의 수동변속기와 생산라인의 공유가 가능한바, 생산설비의 투자비용을 줄여 변속기 생산비용을 절감하게 된다.

아울러, 본 발명은, 상기 제2입력축(INPUT2)에서 카운터축(CNT)을 통해 출력축(OUTPUT)으로 전달되는 동력 전달경로 상에 아이들러기어세트가 더 마련될 수 있고, 상기 아이들러기어세트에 의해 제2입력축(INPUT2)에 제공된 동력원의 회전방향을 출력축(OUTPUT)에 전환하여 전달할 수 있다.

예컨대, 상기 아이들러기어세트는, 제1전달기어(17)와, 제2전달기어(19)와, 아이들러축(21) 및 아이들러기어(23)를 포함하여 구성할 수 있다.

구체적으로, 제2입력축(INPUT2)에 제1전달기어(17)가 고정되고, 카운터축(CNT)에 제2전달기어(19)가 고정될 수 있다. 그리고, 상기 제2입력축(INPUT2)과 카운터축(CNT)에 아이들러축(21)이 평행하게 배치될 수 있다.

또한, 상기 아이들러축(21)에 아이들러기어(23)가 구비되는데, 이때에 상기 아이들러기어(23)는 제1전달기어(17)와 제2전달기어(19)에 치합 결합될 수 있다.

즉, 엔진(11)의 회전방향이 제1전달기어(17)와, 제2전달기어(19) 사이에 치합된 아이들러기어(23)를 통해 전환되어 출력축(OUTPUT)에 제공될 수 있는바, 카운터축(CNT)에 구비된 어시스트입력기어(15)를 통해 전진 2단에 해당되는 회전동력을 출력할 수 있다.

더불어, 상기 아이들러기어(23)는, 제1아이들러기어(23a) 및 제2아이들러기어(23b)를 포함하여 구성할 수 있으며, 상기 제1아이들러기어(23a) 및 제2아이들러기어(23b)는 아이들러축(21)에 고정될 수 있다.

예컨대, 상기 제1아이들러기어(23a)는 제1전달기어(17)와 짝을 이루어 치합 결합될 수 있고, 제2아이들러기어(23b)는 제2전달기어(19)와 짝을 이루어 치합 결합될 수 있다.

이때에, 상기 제1전달기어(17)와 제1아이들러기어(23a)가 짝을 이루어 형성된 기어비와, 제2전달기어(19)와 제2아이들러기어(23b)가 짝을 이루어 형성된 기어비 중 적어도 하나 이상은 감속기어비를 형성하도록 구성할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 작용 및 효과에 대해 살펴보기로 한다.

<N단 → 1단 변속>

차량의 초기 시동시에는 제2입력축(INPUT2)이 엔진(11)과 직결되어 있어, 제2입력축(INPUT2)과 함께 카운터축(CNT)이 함께 회전하지만, 이 같은 상태에서는 변속기 내의 모든 동기장치와 어시스트클러치(CA)가 중립위치에 있어, 메인클러치(CM)의 온/오프 여부에 관계없이 엔진(11) 회전에 부하가 가해지지 않는 상태에 있게 된다.

이어서, 1단으로 변속 시작시, 도 2a와 같이 메인클러치(CM)를 결합하기 전에 1&3단 동기장치(S1&3)를 이용하여 1단 출력기어를 출력축(OUTPUT)에 미리 결합한다.

이 상태에서 도 2b와 같이 클러치(C)를 천천히 결합하면, 제1입력축(INPUT1)을 통해서도 엔진(11)의 회전동력이 전달되기 시작하면서, 1단 변속기어짝을 통해 출력축(OUTPUT)으로 동력이 전달되는바, 전진 1속으로 차량을 주행할 수 있게 된다.

<1단 → 2단 변속>

1단에서 2단으로 변속이 시작되면, 도 2b의 상태에서 도 3a와 같이 메인클러치(CM)를 해제하면서 어시스트클러치(CA)를 결합하는 토크 교차제어를 실시함으로써, 메인클러치(CM)의 해제와 어시스트클러치(CA)의 결합이 동시에 부드럽게 이루어지게 된다.

그러면, 엔진(11)의 회전동력이 제2입력축(INPUT2)과, 아이들러축(21)을 통해 카운터축(CNT)에 전달되고, 카운터축(CNT)에 구비된 어시스트입력기어(15)를 통해 4단 출력기어에 전달되어 출력축(OUTPUT)으로 동력이 전달되는바, 전진 2속으로 차량을 주행할 수 있게 되고, 결국 상기한 토크 교차제어를 통해 변속 중 차량을 끌어당기는 듯한 변속감 저하 현상을 방지하면서 변속을 진행할 수 있다.

그리고, 앞서 설명한 바와 같이 메인클러치(CM)의 결합이 해제됨으로써, 1단 변속기어짝으로는 엔진(11)의 동력이 더 이상 전달되지 않게 된다.

이어서, 도 3b와 같이 1&3단 동기장치(S1&3)를 1단 출력기어로부터 치합 해제하고, 메인클러치(CM)를 결합하여 다음 변속을 준비하도록 제어할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 2단 구현을 위한 어시스트입력기어(15)가 변속기어짝의 출력기어 중 어느 하나에 치합 결합됨으로써, 2단 형성을 위한 출력기어 및 동기장치가 불필요하고, 또한 어시스트입력기어(15)가 변속장치부(13)의 측부에 배치됨으로써, 변속기의 전장을 축소하여 차량의 탑재성을 향상시키게 된다.

또한, 본 발명의 토크 어시스트 AMT에 기존의 수동변속기의 배치 구조를 갖는 변속장치부(13)의 구조를 적용함으로써, 기존의 수동변속기와 생산라인의 공유가 가능한바, 생산설비의 투자비용을 줄여 변속기 생산비용을 절감하게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

11 : 엔진 13 : 변속장치부
15 : 어시스트입력기어 17 : 제1전달기어
19 : 제2전달기어 21 : 아이들러축
23 : 아이들러기어 23a : 제1아이들러기어
23b : 제2아이들러기어 25 : 플라이휠
CM : 메인클러치 CA : 어시스트클러치
INPUT1 : 제1입력축 INPUT2 : 제2입력축
CNT : 카운터축 OUTPUT : 출력축

Claims

메인클러치를 매개로 동력원의 회전동력을 제공받는 제1입력축;
동력원의 회전동력을 상시 제공받는 제2입력축;
제1입력축과 출력축에 기어비를 달리하는 복수의 변속기어짝이 치합 결합되고, 동기장치에 의해 주행속도에 맞는 변속기어짝을 선택하는 변속장치부;
출력축과 평행하게 배치된 카운터축; 및
어시스트클러치를 매개로 상기 카운터축에 결합 가능하게 구비되고, 출력축에 구비된 출력기어에 치합 결합되어 특정 변속단의 기어비를 형성하는 어시스트입력기어;를 포함하는 자동화 수동변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 어시스트입력기어는, 변속장치부에 마련된 변속기어짝의 출력기어 중 어느 하나의 출력기어에 치합 결합되는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 제2입력축에서 카운터축을 통해 출력축으로 전달되는 동력 전달경로 상에 마련되어, 제2입력축에 제공된 동력원의 회전방향을 출력축에 전환하여 전달하는 아이들러기어세트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
청구항 3에 있어서,
상기 아이들러기어세트는,
제2입력축에 구비된 제1전달기어;
카운터축에 구비된 제2전달기어;
제2입력축과 카운터축에 평행하게 배치된 아이들러축;
상기 아이들러축에 구비되고, 제1전달기어와 제2전달기어에 치합 결합된 아이들러기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
청구항 4에 있어서,
상기 아이들러기어는,
제1전달기어와 짝을 이루어 치합 결합된 제1아이들러기어;
제2전달기어와 짝을 이루어 치합 결합된 제2아이들러기어;를 포함하고,
상기 제1전달기어와 제1아이들러기어가 짝을 이루어 형성된 기어비와, 제2전달기어와 제2아이들러기어가 짝을 이루어 형성된 기어비 중 하나 이상은 감속기어비를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 제2입력축이 중공축으로 형성되어, 제1입력축이 제2입력축에 삽입되고;
상기 카운터축은 변속장치부의 측부에 배치된 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 동력원과 플라이휠 사이에 메인클러치가 배치되고;
상기 메인클러치가 제1입력축에 직결되며;
상기 제2입력축이 중공축으로 형성되어, 제1입력축을 감싸는 형상으로 구비된 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.