KR20190046334A

KR20190046334A - 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인

Info

Publication number: KR20190046334A
Application number: KR1020170140014A
Authority: KR
Inventors: 황성욱; 지성욱; 박주현; 조원민; 권현식; 유일한; 국재창; 김기태
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-05-07
Also published as: KR102451882B1; US10330180B2; US20190128388A1

Abstract

차량용 자동 변속기의 유성기어트레인이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인은 엔진의 동력을 전달받는 입력축, 동력을 출력하는 출력축, 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트, 제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트, 제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트, 제10, 제11, 제12, 제13 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트, 상기 제2 회전요소와 상기 입력축와 고정 연결되는 제1축, 상기 제11 회전요소와 상기 출력축와 고정 연결되는 제2축, 상기 제1 회전요소와 상기 제7 회전요소와 고정 연결되는 제3축, 상기 제5 회전요소와 상기 제12 회전요소와 고정 연결되는 제4축, 상기 제8 회전요소와 상기 제10 회전요소와 고정 연결되는 제5축, 상기 제13 회전요소와 고정 연결되는 제6축, 및 상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트의 각 회전요소 중, 연결되지 않은 나머지 회전요소의 조합으로 이루어져 각각 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 복수의 축을 포함한다.

Description

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

본 발명은 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최소한의 구성으로 전진 10속 이상의 변속단을 구현하여 동력 전달 성능 향상과 연비를 개선하고, 엔진의 낮은 회전수 영역에서의 운전점 사용으로 차량의 주행 정숙성을 향상시킬 수 있는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인에 관한 것이다.

일반적으로 자동 변속기 분야에서, 변속단의 다단화는 차량의 연비 향상과 운전성을 극대화하기 위한 기술로 연구가 이루어지고 있으며, 최근의 유가 상승은 연비 개선을 향한 무한 경쟁에 돌입하게 하는 요인이 되고 있다.

이에 따라 엔진은 다운 사이징(Down Sizing)을 통해 중량 저감 및 연비를 개선하는 연구가 이루어지고, 자동 변속기는 변속단의 다단화를 통해 운전성 및 연비 경쟁력을 동시에 확보할 수 있는 연구가 이루어지고 있다.

그러나 자동 변속기는 변속단이 증가하면 할수록 내부 부품수, 특히 유성기어세트의 숫자가 증가하여 변속기 전장이 증가함에 따라 탑재성 및 생산 원가, 중량, 및 동력 전달 효율 등이 오히려 악화될 수 있다.

따라서 자동 변속기는 변속단의 다단화를 통한 연비 개선효과를 증대시키기 위해서 적은 부품수로 최대한의 효율을 이끌어 낼 수 있는 유성기어트레인의 개발이 중요하다.

이러한 측면에서 최근 자동 변속기는 8속 이상의 변속을 구현할 수 있도록 구성되어 차량에 탑재되고 있으며, 그 이상의 변속단을 구현할 수 있는 유성기어트레인의 연구 개발도 지속적으로 요구되고 있다.

그러나 일반적인 8속 이상의 자동 변속기는 대부분 3 ~ 4개의 유성기어세트와, 5 ~ 7개의 결합요소(마찰요소)로 이루어지는데, 이 경우에는 전장이 길어져 탑재성이 악화될 수밖에 없다는 단점이 있다.

이에 따라 자동 변속기의 변속단을 다단화하기 위하여 최근에는 유성기어세트 상에 유성기어세트를 배치하는 복렬 구조를 채택하거나, 습식 결합요소 대신 도그 클러치를 적용하기도 하지만, 이러한 경우에 적용 가능한 구조가 한정되고, 도그 클러치의 적용으로 인한 변속감 악화를 동반한다는 문제점이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 최소한의 구성으로 전진 10속 이상의 변속단을 구현하여 변속단의 다단화에 따른 동력 전달 성능 향상과 연비 개선 효과를 얻을 수 있으며, 엔진의 낮은 회전수 영역에서의 운전점 사용으로 차량의 주행 정숙성을 향상시키는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진의 동력을 전달받는 입력축, 동력을 출력하는 출력축, 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트, 제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트, 제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트, 제10, 제11, 제12, 제13 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트, 상기 제2 회전요소와 상기 입력축와 고정 연결되는 제1축, 상기 제11 회전요소와 상기 출력축와 고정 연결되는 제2축, 상기 제1 회전요소와 상기 제7 회전요소와 고정 연결되는 제3축, 상기 제5 회전요소와 상기 제12 회전요소와 고정 연결되는 제4축, 상기 제8 회전요소와 상기 제10 회전요소와 고정 연결되는 제5축, 상기 제13 회전요소와 고정 연결되는 제6축, 및 상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트의 각 회전요소 중, 연결되지 않은 나머지 회전요소의 조합으로 이루어져 각각 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 복수의 축을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 제공될 수 있다.

여기서, 상기 복수의 축은 상기 제3 회전요소와 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제7축, 상기 제4 회전요소와 상기 제9 회전요소와 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제8축, 및 상기 제6 회전요소에 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제9축을 포함하고, 상기 제1축과 상기 제5축, 상기 제3축과 상기 제6축, 상기 제5축과 상기 제7축은 각각 선택적으로 연결될 수 있다.

상기 유성기어트레인은 축과 축을 선택적으로 연결하는 3개의 클러치, 및

상기 제7축, 제8축, 제9축을 각각 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 3개의 브레이크를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 3개의 클러치는 상기 제1축과 상기 제5축 사이에 구성되는 제1 클러치, 상기 제3축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제2 클러치, 및 상기 제5축과 상기 제7축 사이에 구성되는 제3 클러치로 이루어지고, 상기 3개의 브레이크는 상기 제7축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크, 상기 제8축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크, 및 상기 제9축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제1, 제2, 제3 회전요소가 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어로 이루어지고, 상기 제2 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제4, 제5, 제6 회전요소가 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어로 이루어지고, 상기 제3 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제7, 제8, 제9 회전요소가 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어로 이루어지고, 상기 제4 유성기어세트는 복합 유성기어세트로 이루어져, 상기 제10, 제11, 제12, 제13 회전요소가 공유 선기어, 공유 유성캐리어, 제4 링기어, 제5 링기어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트는 엔진 측으로부터 제1, 제3, 제2, 제4 유성기어세트의 순서로 배치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 3개의 단순 유성기어세트와 1개의 복합 유성기어세트를 6개의 결합요소로 조합하여 전진 10속 이상의 변속단과 후진 1속의 변속단을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 자동 변속기의 변속단을 다단화하여 엔진의 회전수에 알맞은 변속단을 구현할 수 있으며, 특히, 엔진의 낮은 회전수 영역에서의 운전점 사용으로 차량의 주행 정숙성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 자동 변속기의 다단화로 엔진 운전 효율을 극대화할 수 있으며, 동력전달 성능과 연비를 향상시킬 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에서, 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 때 결합요소의 변속단별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에서, 전진 14속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 때 결합요소의 변속단별 작동표이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 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 부여하여 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 동일 축선 상에 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4), 입력축(IS), 출력축(OS), 상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 각 회전요소와 연결되는 9개의 축(TM1 ~ TM9), 결합요소인 3개의 클러치(C1 ~ C3)와 3개의 브레이크(B1 ~ B3), 및 변속기 하우징(H)을 구비한다.

그리고 상기 입력축(IS)으로부터 입력되는 엔진으로부터의 회전동력이 상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 상호 보완작동에 의해 변속되어 출력축(OS)을 통해 출력된다.

여기서, 각 유성기어세트는 엔진 측으로부터 제1, 제3, 제2, 제4 유성기어세트(PG1)(PG3)(PG2)(PG4)의 순서로 배치된다.

상기 입력축(IS)은 입력부재로서, 엔진의 크랭크샤프트로부터의 회전동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환되어 입력될 수 있다.

상기 출력축(OS)은 출력부재로서, 상기 입력축(IS)과 동일 축선 상으로 배치되어 변속된 구동력을 도시하지 않은 차동장치를 통해 구동축으로 전달한다.

상기 제1 유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)와, 상기 제1 선기어(S1)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제1 피니언 기어(P1)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제2 회전요소(N2)인 제1 유성캐리어(PC1)와, 상기 복수의 제1 피니언 기어(P1)와 내접 치합되어 상기 제1 선기어(S1)와 동력 연결되는 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)를 포함한다.

상기 제2 유성기어세트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)와, 상기 제2 선기어(S2)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제2 피니언 기어(P2)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제5 회전요소(N5)인 제2 유성캐리어(PC2)와, 상기 복수의 제2 피니언 기어(P2)와 내접 치합되어 상기 제2 선기어(S2)와 동력 연결되는 제6 회전요소(N6)인 제2 링기어(R2)를 포함한다.

상기 제3 유성기어세트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제7 회전요소(N7)인 제3 선기어(S3)와, 상기 제3 선기어(S3)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제3 피니언 기어(P3)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제8 회전요소(N8)인 제3 유성캐리어(PC3)와, 상기 복수의 제3 피니언 기어(P3)와 내접 치합되어 상기 제3 선기어(S3)와 동력 연결되는 제9 회전요소(N9)인 제3 링기어(R3)를 포함한다.

상기 제4 유성기어세트(PG4)는 싱글 피니언 유성기어세트와 싱글 피니언 유성기어세트를 조합하여 선기어와 유성캐리어를 공용으로 사용할 수 있도록 구성된 복합 유성기어세트로 이루어진다.

이에 따라, 선기어와 유성 캐리어 그리고 2개의 링기어를 포함하여 4개의 회전요소로 작동하게 되는데, 제10 회전요소(N10)인 공유 선기어(S45)와, 상기 공유 선기어(S45)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제4 피니언 기어(P4)와 제5 피니언 기어(P5)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제11 회전요소(N11)인 공유 유성캐리어(PC45)와, 복수의 제4 피니언 기어(P4)와 내접 치합되는 제12 회전요소(N12)인 제4 링기어(R4), 복수의 제5 피니언 기어(P5)와 내접 치합되는 제13 회전요소(N13)인 제5 링기어(R5)를 포함한다.

여기서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)는 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)가 고정 연결되고, 제4 회전요소(N4)와 제9 회전요소(N9)가 고정 연결되고, 제5 회전요소(N5)와 제12 회전요소(N12)가 고정 연결되고, 제8 회전요소(N8)와 제10 회전요소(N10)가 고정 연결되어 총 9개의 축(TM1 ~ TM9)을 보유하면서 작동한다.

상기에서와 같이, 제4 유성기어세트(PG4)는 제11 회전요소(N11)인 공유 유성캐리어(PC45)가 상기 공유 선기어(S45)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제4 피니언 기어(P4)와 제5 피니언 기어(P5)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 것으로 구성될 수도 있으나, 상기 공유 유성캐리어(PC45)가 상기 공유 선기어(S45)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 하나의 공유 피니언 기어(미도시)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 것으로도 구성될 수 있다.

단, 본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의상, 상기 공유 유성캐리어(PC45)가 복수의 제4 피니언 기어(P4)와 제5 피니언 기어(P5)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 것을 예로 하여 설명한다.

상기 9개의 축(TM1 ~ TM9)의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1축(TM1)은 제2 회전요소{N2; 제1 유성캐리어(PC1)}와 고정 연결되고, 상기 입력축(IS)과 고정 연결되어 항상 입력요소로 작동된다.

상기 제2축(TM2)은 제11 회전요소{N11; 공유 유성캐리어(PC45)}와 고정 연결되고, 상기 출력축(OS)과 고정 연결되어 항상 출력요소로 작동된다.

상기 제3축(TM3)은 제1 회전요소{N1; 제1 선기어(S1)}와 제7 회전요소{N7; 제3 선기어(S3)}와 고정 연결된다.

상기 제4축(TM4)은 제5 회전요소{N5; 제2 유성캐리어(PC2)}와 제12 회전요소{N12; 제4 링기어(R4)}와 고정 연결된다.

상기 제5축(TM5)은 제8 회전요소{N8; 제3 유성캐리어(PC3)}와 제10 회전요소{N10; 공유 선기어(S45)}와 고정 연결된다.

상기 제6축(TM6)은 제13 회전요소{N13: 제5 링기어(R5)}와 고정 연결된다.

상기 제7축(TM7)은 제3 회전요소{N3; 제1 링기어(R1)}와 고정 연결된다.

상기 제8축(TM8)은 제4 회전요소{N4; 제2 선기어(S2)}와 제9 회전요소{N9; 제3 링기어(R3)}와 고정 연결된다.

상기 제9축(TM8)은 제6 회전요소{N6; 제2 링기어(R2)}와 고정 연결된다.

여기서, 상기 9개의 축(TM1 ~ TM9)은 상기 유성기어세트들(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 회전요소 중, 복수의 회전요소를 고정적으로 연결하거나, 선택적으로 연결하기 위해 연결된 회전요소와 함께 회전하면서 동력을 전달하는 회전부재일 수 있으며, 상기 회전요소를 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결하는 회전부재이거나, 또는 상기 회전요소를 변속기 하우징(H)과 직접 연결하여 고정하는 고정부재일 수 있다.

또한, 상기의 기재에서, 고정 연결(Fixedly connected) 또는 이와 유사한 용어는 입력축과 출력축을 포함하여 해당 축을 통하여 연결된 복수의 회전요소와 해당 축이 서로 회전수의 차이 없이 회전하도록 연결되는 것을 의미한다. 즉, 고정 연결된 복수의 회전요소와 해당 축은 동일한 회전방향 및 회전수로 회전한다.

또한, 상기의 기재에서, 선택적 연결(Selectively connected) 또는 이와 유사한 용어는 입력축과 출력축을 포함하여 복수의 축이 결합요소를 통해 동일한 회전방향 및 회전수로 회전 가능하도록 연결되거나, 해당 축이 결합요소를 통해 변속기 하우징에 고정 가능하도록 연결되는 것을 의미한다.

즉, 결합요소가 복수의 축을 선택적으로 연결하는 경우, 결합요소가 작동하면, 복수의 축은 동일한 회전방향 및 회전수로 회전하고, 결합요소가 해제되면, 복수의 축의 연결이 해제된다.

또한, 결합요소가 해당 축과 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 경우, 결합요소가 작동하면, 해당 축은 변속기 하우징에 고정적으로 연결되어 고정되고, 결합요소가 해제되면, 해당 축은 회전 가능한 상태가 된다.

여기서, 상기 제1축(TM1)은 제5축(TM5)과 선택적으로 연결되어 동력 연결되고, 상기 제3축(TM3)은 제6축(TM6)과 선택적으로 연결되어 동력 연결되고, 제5축(TM5)은 제7축(TM7)과 선택적으로 연결되어 동력 연결된다.

또한, 상기 제7축(TM7), 제8축(TM8), 제9축(TM9)은 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되면서 선택적인 고정요소로 작동된다.

그리고 상기 9개의 축(TM1 ~ TM9) 중에서, 상기 입력축(IS)과 출력축(OS)을 포함하여 축끼리 상호 선택적으로 연결되는 부분에는 결합요소인 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)가 배치된다.

또한, 상기 9개의 축(TM1 ~ TM9) 중에서, 축과 변속기 하우징(H)이 선택적으로 연결되는 부분에는 결합요소인 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)의 배치 위치를 살펴보면, 다음과 같다.

상기 제1 클러치(C1)는 제1축(TM1)과 제5축(TM5) 사이에 배치되어 제1축(TM1)과 제5축(TM5)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기 제2 클러치(C2)는 제3축(TM3)과 제6축(TM6) 사이에 배치되어 제3축(TM3)과 제6축(TM6)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기 제3 클러치(C3)는 제5축(TM5)과 제7축(TM7) 사이에 배치되어 제5축(TM5)과 제7축(TM7)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기 제1 브레이크(B1)는 제7축(TM7)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제7축(TM7)을 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결하여 고정한다.

상기 제2 브레이크(B2)는 제8축(TM8)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제8축(TM8)을 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결하여 고정한다.

상기 제3 브레이크(B3)는 제9축(TM9)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제9축(TM9)을 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결하여 고정한다.

상기에서 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 각 결합요소는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있으며, 주로 습식 다판형 유압마찰결합유닛이 사용되지만, 도그 클러치, 전자식 클러치, 자분식 클러치 등과 같이 전자제어장치로부터 공급되는 전기적인 신호에 따라 작동될 수 있는 결합유닛으로 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에서, 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 때, 결합요소의 각 변속단별 작동표이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 각 변속단에서 결합요소인 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3) 중, 3개가 작동하면서 전진 10속과 후진 1속의 변속이 이루어지며, 일 예에 따른 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

전진 1속 변속단(D1)에서는 제3 클러치(C3)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제7축(TM7)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 입력된다.

그리고 제8축(TM8)과 제9축(TM9)이 제2 브레이크(B2)와 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 1속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 2속 변속단(D2)에서는 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라 입력축(IS)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서, 제7축(TM7), 제8축(TM8), 제9축(TM9)이 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3)의 작동에 의하여 각각 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 2속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 3속 변속단(D3)에서는 제1 클러치(C1)와 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라 제1축(TM1)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제5축(TM5)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 입력된다.

그리고 제7축(TM7)과 제9축(TM9)이 제1 브레이크(B1)와 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 3속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 4속 변속단(D4)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제3 브레이크(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라 제1축(TM1)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제5축(TM5)과 연결되고, 제3축(TM3)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 입력된다.

그리고 제9축(TM9)이 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 4속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 5속 변속단(D5)에서는 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제3 브레이크(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라 제3축(TM3)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결되고, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제7축(TM7)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 입력된다.

그리고 제9축(TM9)이 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 5속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 6속 변속단(D6)에서는 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)가 동시에 작동된다.

이에 따라 제1축(TM1)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제5축(TM5)과 연결되고, 제3축(TM3)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결되고, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제7축(TM7)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 입력된다.

그러면 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)가 하나로 회전하는 상태가 되면서 입력 그대로 출력되는 전진 6속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 7속 변속단(D7)에서는 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.

그리고 제8축(TM8)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 7속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 8속 변속단(D8)에서는 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제1 브레이크(B1)가 동시에 작동된다.

그리고 제7축(TM7)이 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 8속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 9속 변속단(D9)에서는 제2 클러치(C2)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)가 동시에 작동된다.

이에 따라 제3축(TM3)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 입력된다.

그리고 제7축(TM7)과 제8축(TM8)이 제1 브레이크(B1)와 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 9속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 10속 변속단(D10)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.

그리고 제8축(TM8)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 10속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

후진 변속단(REV)에서는 제3 클러치(C3)와 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)가 동시에 작동된다.

그리고 제7축(TM7)과 제9축(TM9)이 제1 브레이크(B1)와 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 후진으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 역회전 출력된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에서, 전진 14속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 때, 결합요소의 각 변속단별 작동표이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 각 변속단에서 결합요소인 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3) 중, 3개가 작동하면서 전진 14속과 후진 1속의 변속이 이루어지며, 다른 예에 따른 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

전진 3속 변속단(D3)에서는 제1 클러치(C1)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)가 동시에 작동된다.

그리고 제8축(TM8)과 제9축(TM9)이 제2 브레이크(B2)와 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 3속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 4속 변속단(D4)에서는 제1 클러치(C1)와 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)가 동시에 작동된다.

그리고 제7축(TM7)과 제9축(TM9)이 제1 브레이크(B1)와 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 4속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 5속 변속단(D5)에서는 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제3 브레이크(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라 제1축(TM1)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제5축(TM5)과 연결되고, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제7축(TM7)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 입력된다.

전진 6속 변속단(D6)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제3 브레이크(B3)가 동시에 작동된다.

그리고 제9축(TM9)이 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 6속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 7속 변속단(D7)에서는 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제3 브레이크(B3)가 동시에 작동된다.

그리고 제9축(TM9)이 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 7속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 8속 변속단(D8)에서는 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)가 동시에 작동된다.

그러면 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)가 하나로 회전하는 상태가 되면서 입력 그대로 출력되는 전진 8속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 9속 변속단(D9)에서는 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.

그리고 제8축(TM8)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 9속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 10속 변속단(D10)에서는 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제1 브레이크(B1)가 동시에 작동된다.

그리고 제7축(TM7)이 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 10속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 11속 변속단(D11)에서는 제2 클러치(C2)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)가 동시에 작동된다.

그리고 제7축(TM7)과 제8축(TM8)이 제1 브레이크(B1)와 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 오버 드라이브 상태인 전진 11속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 12속 변속단(D10)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제1 브레이크(B1)가 동시에 작동된다.

그리고 제7축(TM7)이 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 12속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 13속 변속단(D10)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.

그리고 제8축(TM8)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 13속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

전진 14속 변속단(D14)에서는 제2 클러치(C2)와 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)가 동시에 작동된다.

그리고 제7축(TM7)과 제9축(TM9)이 제1 브레이크(B1)와 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 14속으로 변속되어 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 4개의 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)를 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)의 작동 제어를 통하여 전진 10속 이상의 변속단과 후진 1속의 변속단을 실현할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

B1,B2,B3... 제1, 제2, 제3 브레이크
C1,C2,C3 ... 제1, 제2, 제3 클러치
PG1,PG2,PG3,PG4... 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트
S1,S2,S3... 제1, 제2, 제3 선기어
S45... 공유 선기어
PC1,PC2,PC3,PC4... 제1, 제2, 제3, 제4 유성캐리어
PC45... 공유 유성캐리어
R1,R2,R3,R4,R5... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 링기어
IS... 입력축
OS... 출력축
TM1,TM2,TM3,TM4,TM5,TM6,TM7,TM8,TM9...제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9축

Claims

엔진의 동력을 전달받는 입력축;
동력을 출력하는 출력축;
제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트;
제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트;
제10, 제11, 제12, 제13 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트;
상기 제2 회전요소와 상기 입력축과 고정 연결되는 제1축;
상기 제11 회전요소와 상기 출력축과 고정 연결되는 제2축;
상기 제1 회전요소와 상기 제7 회전요소와 고정 연결되는 제3축;
상기 제5 회전요소와 상기 제12 회전요소와 고정 연결되는 제4축;
상기 제8 회전요소와 상기 제10 회전요소와 고정 연결되는 제5축;
상기 제13 회전요소와 고정 연결되는 제6축; 및
상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트의 각 회전요소 중, 연결되지 않은 나머지 회전요소의 조합으로 이루어져 각각 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 복수의 축;
을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 복수의 축은
상기 제3 회전요소와 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제7축;
상기 제4 회전요소와 상기 제9 회전요소와 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제8축; 및
상기 제6 회전요소에 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제9축을 포함하고,
상기 제1축과 상기 제5축, 상기 제3축과 상기 제6축, 상기 제5축과 상기 제7축은 각각 선택적으로 연결되는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제2항에 있어서,
상기 유성기어트레인은
축과 축을 선택적으로 연결하는 3개의 클러치; 및
상기 제7축, 제8축, 제9축을 각각 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 3개의 브레이크;
를 더 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제3항에 있어서,
상기 3개의 클러치는
상기 제1축과 상기 제5축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제3축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제2 클러치; 및
상기 제5축과 상기 제7축 사이에 구성되는 제3 클러치로 이루어지고,
상기 3개의 브레이크는
상기 제7축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크;
상기 제8축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및
상기 제9축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 제1 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제1, 제2, 제3 회전요소가 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어로 이루어지고,
상기 제2 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제4, 제5, 제6 회전요소가 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어로 이루어지고,
상기 제3 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제7, 제8, 제9 회전요소가 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어로 이루어지고,
상기 제4 유성기어세트는 복합 유성기어세트로 이루어져, 상기 제10, 제11, 제12, 제13 회전요소가 공유 선기어, 공유 유성캐리어, 제4 링기어, 제5 링기어로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트는
엔진 측으로부터 제1, 제3, 제2, 제4 유성기어세트의 순서로 배치되는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
엔진의 동력을 전달받는 입력축;
동력을 출력하는 출력축;
제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트;
제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트;
제10, 제11, 제12, 제13 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트를 포함하며,
상기 제1 회전요소는 상기 제7 회전요소와 고정 연결되고,
상기 제2 회전요소는 상기 입력축과 고정 연결되고,
상기 제3 회전요소는 변속기 하우징에 선택적으로 연결되고,
상기 제4 회전요소는 제9 회전요소와 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되고,
상기 제5 회전요소는 상기 제12 회전요소와 고정 연결되고,
상기 제6 회전요소는 변속기 하우징에 선택적으로 연결되고,
상기 제8 회전요소는 제10 회전요소와 고정 연결되고, 상기 제2 회전요소와 상기 제3 회전요소와 각각 선택적으로 연결되고,
상기 제11 회전요소는 상기 출력축과 고정 연결되고,
상기 제13 회전요소는 상기 제7 회전요소와 선택적으로 연결되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제7항에 있어서,
상기 유성기어트레인은
회전요소와 회전요소를 선택적으로 연결하는 3개의 클러치; 및
상기 제3 회전요소, 상기 제9 회전요소, 상기 제6 회전요소를 각각 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 3개의 브레이크;
를 더 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제8항에 있어서,
상기 3개의 클러치는
상기 제2 회전요소와 상기 제8 회전요소 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제7 회전요소와 상기 제13 회전요소 사이에 구성되는 제2 클러치; 및
상기 제3 회전요소와 상기 제8 회전요소 사이에 구성되는 제3 클러치로 이루어지고,
상기 3개의 브레이크는
상기 제3 회전요소와 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크;
상기 제9 회전요소와 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및
상기 제6 회전요소와 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제7항에 있어서,
상기 제1 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제1, 제2, 제3 회전요소가 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어로 이루어지고,
상기 제2 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제4, 제5, 제6 회전요소가 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어로 이루어지고,
상기 제3 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제7, 제8, 제9 회전요소가 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어로 이루어지고,
상기 제4 유성기어세트는 복합 유성기어세트로 이루어져, 상기 제10, 제11, 제12, 제13 회전요소가 공유 선기어, 공유 유성캐리어, 제4 링기어, 제5 링기어로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제7항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트는
엔진 측으로부터 제1, 제3, 제2, 제4 유성기어세트의 순서로 배치되는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.