KR20190080475A - 차량용 변속장치 - Google Patents

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KR20190080475A
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장철호
어순기
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    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K6/485—Motor-assist type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
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    • F16H3/091—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears including a single countershaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0806—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts
    • F16H37/0826—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts with only one output shaft
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    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
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Abstract

차량용 변속장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 제1 모터/제너레이터; 3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소가 엔진과 상기 제1 모터/제너레이터에 각각 고정 연결되어 입력되는 회전동력의 토크를 변환하여 출력하는 유성기어세트; 제1 클러치를 통해 상기 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 나머지 1개의 회전요소와 선택적으로 연결되는 제1 입력축; 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 제2 클러치를 통해 상기 유성기어세트의 나머지 1개의 회전요소와 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제3 입력축; 상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 출력축; 상기 제2 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되어 외접 기어 연결을 통해 상기 제2 입력축의 회전동력을 상기 제3 입력축에 동일 방향으로 전달하는 아이들 축; 및 상기 제1, 제2, 제3 입력축과 상기 출력축 및 상기 아이들 축에 선택적으로 배치되어 상호 외접 기어 연결되는 복수개의 변속 기어열의 기어비에 따라 고정 변속단으로 변속하여 상기 출력축을 통해 출력하는 고정 변속부를 포함한다.

Description

차량용 변속장치{POWER TRANSMISSION APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에서 1개의 유성기어세트를 추가 적용하여 다단의 고정 변속단을 구현하고, 모터/제너레이터를 추가하여 발전과 토크 어시스트 및 전기자동차 모드 주행이 가능하도록 하여 연비 및 가속 성능을 향상시키는 차량용 변속장치에 관한 것이다.
차량에 있어서의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심 기술로서, 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.
상기 미래형 자동차 기술은 전기 에너지를 이용하는 전기자동차(EV : Electric Vehicle), 하이브리드 전기자동차(HEV : Hybrid Electric Vehicle), 효율과 편의성을 향상시킨 듀얼 클러치 변속기(DCT : Dual Clutch Transmission)를 예로 들 수 있다.
상기와 같은 미래형 자동차는 중량 및 원가 등 여러 가지 기술적인 제약이 있기 때문에 자동차 메이커에서는 배기가스 규제를 만족시키고, 연비 성능의 향상을 위한 현실적인 문제의 대안으로서 하이브리드 전기자동차에 주목하고 있으며, 이를 실용화하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.
하이브리드 전기자동차는 2개 이상의 동력원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있으며, 동력원으로는 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과, 전기 에너지에 의하여 구동되는 모터/제너레이터가 혼합되어 사용된다.
이러한 하이브리드 전기자동차는 저속에서 상대적으로 저속토크 특성이 좋은 모터/제너레이터를 주 동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크 특성이 좋은 엔진을 주 동력원으로 사용한다.
이에 따라, 하이브리드 전기자동차는 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고, 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 하이브리드 전기자동차에 적용될 수 있는 변속기로서는 듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission)를 하나의 예로 들 수 있으며, 상기 DCT는 수동 변속기 구조에 2개의 클러치를 적용하여 효율을 높이고, 편의성을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 DCT는 클러치 2개를 적용하여 홀수단 및 짝수단을 번갈아 작동시키면서 변속이 이루어지는 변속기로서, 상기와 같이 홀수단 및 짝수단의 변속을 번갈아 작동시키는 매커니즘은 기존 MT(수동변속기) 및 AMT(자동화 수동변속기)가 가지고 있는 변속 시, 토크 단절감을 개선할 수 있다.
그러나 상기 DCT는 발진 시, 클러치 슬립에 의한 클러치 소손 및 에너지 손실이 크고, 등판 발진 시, 클러치 슬립에 의한 후방 밀림이 과도하게 발생하여 안전상의 문제가 있으며, 클러치 열용량의 문제로 변속시간을 짧게 제어해야 하므로 자동변속기에 비하여 변속 충격이 크다는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 상기 DCT는 하이브리드 전기자동차에 적용하기 위하여 전기 동력원인 모터/제너레이터를 효과적으로 배치하여야 하는 과제가 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에 1개의 유성기어세트를 추가 적용하는 것으로, 내부 구성을 최소화하면서도 다단의 고정 변속단을 구현할 수 있도록 하며, 중량 최소화에 의한 연비 향상과 부피 감소로 인한 탑재성 향상을 실현하는 차량용 변속장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 1개 또느 2개의 모터/제너레이터를 추가 배치하는 것만으로 전기자동차 모드 및 하이브리드 모드로 주행이 가능하도록 하여 연비를 향상시키는 차량용 변속장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 제1 모터/제너레이터; 3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소가 엔진과 상기 제1 모터/제너레이터에 각각 고정 연결되어 입력되는 회전동력의 토크를 변환하여 출력하는 유성기어세트; 제1 클러치를 통해 상기 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 나머지 1개의 회전요소와 선택적으로 연결되는 제1 입력축; 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 제2 클러치를 통해 상기 유성기어세트의 나머지 1개의 회전요소와 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제3 입력축; 상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 출력축; 상기 제2 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되어 외접 기어 연결을 통해 상기 제2 입력축의 회전동력을 상기 제3 입력축에 동일 방향으로 전달하는 아이들 축; 및 상기 제1, 제2, 제3 입력축과 상기 출력축 및 상기 아이들 축에 선택적으로 배치되어 상호 외접 기어 연결되는 복수개의 변속 기어열의 기어비에 따라 고정 변속단으로 변속하여 상기 출력축을 통해 출력하는 고정 변속부를 포함하는 차량용 변속장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 선기어가 제1 모터제너레이터에 고정 연결되고, 유성캐리어가 엔진 출력축과 고정 연결되고, 링기어가 상기 제1, 제2 입력축과 각각 선택적으로 연결될 수 있다.
상기 복수개의 변속 기어열은 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 구동기어와, 상기 제3 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어와, 상기 출력축에 고정 연결되어 상기 제1 구동기어와 제2 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 변속 기어열; 상기 아이들 축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 후진 구동기어와, 상기 출력축에 고정 연결되어 상기 후진 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어로 이루어지는 제2 변속 기어열; 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제3 구동기어와, 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4 구동기어와, 상기 출력축에 고정 연결되어 상기 제3 구동기어와 제4 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 변속 기어열; 및 상기 제2 입력축에 고정 연결되는 제1 동력전달기어와, 상기 제3 입력축에 고정 연결되는 제2 동력전달기어와, 상기 아이들 축에 고정 연결되어 상기 제1 동력전달기어와 제2 동력전달기어에 동시에 외접 기어 연결되는 아이들 기어로 이루어지는 제4 변속 기어열을 포함할 수 있다.
상기 제1 구동기어와 제3 구동기어는 제1 싱크로나이저에 의하여 제1 입력축에 선택적으로 동기 연결되고, 상기 제2 구동기어와 제4 구동기어는 제2 싱크로나이저에 의하여 제3 입력축에 선택적으로 동기 연결되고, 상기 후진 구동기어는 제3 싱크로나이저에 의하여 아이들 축에 선택적으로 동기 연결될 수 있다.
이때, 상기 제1 구동기어와 제1 피동기어는 전진 1속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제2 구동기어와 제1 피동기어는 전진 2속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제3 구동기어와 제3 피동기어는 전진 3속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제4 구동기어와 제3 피동기어는 전진 4속을 위한 기어비로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 선기어가 제1 모터제너레이터에 고정 연결되고, 유성캐리어가 상기 제1, 제2 입력축과 각각 선택적으로 연결되고, 링기어가 엔진 출력축과 고정 연결될 수 있다.
한편, 상기 변속장치는 상기 출력축에 고정 연결되는 제2 모터/제너레이터를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 선기어가 제1 모터제너레이터에 고정 연결되고, 유성캐리어가 엔진 출력축과 고정 연결되고, 링기어가 상기 제1, 제2 입력축과 각각 선택적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 복수개의 변속 기어열은 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 구동기어와, 상기 제3 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어와, 상기 출력축에 고정 연결되어 상기 제1 구동기어와 제2 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 변속 기어열; 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제3 구동기어와, 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4 구동기어와, 상기 출력축에 고정 연결되어 상기 제3 구동기어와 제4 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 변속 기어열; 및 상기 제2 입력축에 고정 연결되는 제1 동력전달기어와, 상기 제3 입력축에 고정 연결되는 제2 동력전달기어와, 상기 아이들 축에 고정 연결되어 상기 제1 동력전달기어와 제2 동력전달기어에 동시에 외접 기어 연결되는 아이들 기어로 이루어지는 제4 변속 기어열을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 구동기어와 제3 구동기어는 제1 싱크로나이저에 의하여 제1 입력축에 선택적으로 동기 연결되고, 상기 제2 구동기어와 제4 구동기어는 제2 싱크로나이저에 의하여 제3 입력축에 선택적으로 동기 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 구동기어와 제1 피동기어는 전후진 1속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제2 구동기어와 제1 피동기어는 전후진 2속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제3 구동기어와 제3 피동기어는 전후진 3속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제4 구동기어와 제3 피동기어는 전후진 4속을 위한 기어비로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 선기어가 제1 모터제너레이터에 고정 연결되고, 유성캐리어가 상기 제1, 제2 입력축과 각각 선택적으로 연결되고, 링기어가 엔진 출력축과 고정 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 기존의 DCT 구조에서 1개의 모터/네너레이터와, 유성기어세트를 추가 적용하는 것만으로 내부 구성을 간단하게 하면서도 HEV 전진 4속 및 후진 1속의 고정 변속단과 같은 다단화를 실현하고, 중량을 최소화 및 탑재성과 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 상기 제1 실시 예에서, 1개의 싱크로나이저를 생략하면서 1개의 모터/제너레이터를 추가하여 전/후진 각 1속의 EV 모드 주행과, 전/후진 각 4속의 고정 변속단 HEV 모드 주행이 가능하도록 하여 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 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 변속 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 변속 작동표이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.
또한, 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 변속장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치는 후진과 토크 어시스트를 할 수 있는 제1 모터/제너레이터(MG1)와, 동력원인 엔진(ENG)의 회전동력을 증속 및 감속으로 전달하는 유성기어세트(PG)와, 3개의 싱크로나이저(SL1)(SL2)(SL3)를 포함하며, 전진 4속 및 후진 1속의 고정 변속이 이루어지는 고정 변속부(FT)를 포함한다.
상기 동력원인 엔진(ENG)은 기존의 화석연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등의 공지된 각종 엔진이 이용될 수 있다.
상기 고정 변속부(FT)는 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 축선(L1)(L2)(L3)(L4)상에 배치되며, 상기 제1 축선(L1)상에 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)와, 유성기어세트(PG)가 배치된다.
즉, 상기 고정 변속부(FT)를 구체적으로 설명하면, 상기 제1 축선(L1)상에는 엔진(ENG)측으로부터 후측으로 상기 제1 모터/제너레이터(MG1) 및 유성기어세트(PG)와 함께, 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)이 배치되고, 상기 제2 축선(L2)상에는 제3 입력축(IS3)이 배치되고, 상기 제3 축선(L3)상에는 출력축(OS)이 배치되고, 상기 제4 축선(L4)상에는 아이들 축(IDS)이 배치된다.
여기서, 상기 제1 축선(L1)상에 배치되는 제1 모터/제너레이터(MG1)는 공지와 같이 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 변속기 하우징(H)에 고정되는 스테이터(ST1)와, 상기 스테이터(ST1)의 반경방향 내측에서 회전 가능하게 지지되는 로터(RT1)를 포함하여 이루어진다.
상기 유성기어세트(PG)는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 선기어(S)와, 상기 선기어(S)와 외접으로 치합되는 복수의 피니언 기어(P)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 유성캐리어(PC)와, 상기 복수의 피니언 기어(P)와 내접으로 치합되어 상기 선기어(S)와 동력 연결되는 링기어(R)를 포함한다.
또한, 상기 선기어(S)는 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)의 제1 로터(RT1)와 고정적으로 연결되고, 상기 유성캐리어(PC)는 엔진 출력축(EOS)에 댐퍼(DA)를 통하여 고정 연결되며, 상기 링기어(R)는 출력요소로서 고정 변속부(FT)에 선택적으로 연결된다.
이에 따라, 상기 선기어(S)는 제1 모터/제너레이터(MG1)의 구동력을 입력받는 입력요소로 작동되고, 상기 유성캐리어(PC)는 엔진(ENG)의 구동력을 입력받는 입력요소로 작동되고, 상기 링기어(R)는 항상 출력요소로 작동된다.
상기 제1 축선(L1)상에 배치되는 제1 입력축(IS1)은 제1 클러치(CL1)를 통하여 상기 유성기어세트(PG)의 링기어(R)와 선택적으로 연결되며, 상기 유성기어세트(PG)의 링기어(R)의 회전동력을 선택적으로 상기 고정 변속부(FT)의 홀수단 변속부에 전달한다.
상기 제1 축선(L1)상에 배치되는 제2 입력축(IS2)은 중공축으로 이루어져, 상기 제1 입력축(IS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되며, 제2 클러치(CL2)를 통하여 상기 유성기어세트(PG)의 링기어(R)와 선택적으로 연결된다.
상기 제2 입력축(IS2)은 상기 유성기어세트(PG)의 링기어(R)의 회전동력을 선택적으로 상기 아이들 축(IDS)에 전달한다.
상기 제2 축선(L2)상에 배치되는 제3 입력축(IS3)은 상기 아이들 축(IDS)을 통해 전달되는 상기 제2 입력축(IS2)의 회전동력을 상기 고정 변속부(FT)의 짝수단 변속부로 전달한다.
상기 제3 축선(L3)상에 배치되는 출력축(OS)은 상기 제1 입력축(IS1)의 홀수단 변속부와 상기 제3 입력축(IS3)의 짝수단 변속부로부터 전달되는 회전동력을 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달한다.
상기 제4 축선(L4)상에 배치되는 아이들 축(IDS)은 상기 제2 입력축(IS2)으로부터 입력되는 회전동력을 상기 제3 입력축(IS3)으로 전달하며, 동시에 후진 변속단 변속부로 전달한다.
상기 고정 변속부(FT)는 상기 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3)과 아이들 축(IDS)상에 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)을 포함한다.
상기 제1, 제2, 제3, 제4 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)은 엔진(ENG) 반대측에서 엔진(ENG)측으로 제1, 제2, 제3, 제4 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)의 순서로 배치된다.
상기 제1 변속 기어열(G1)은 상기 제1 입력축(IS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 구동기어(D1)와, 상기 제3 입력축(IS3)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어(D2)와, 상기 출력축(OS)에 고정 연결되어 상기 제1 구동기어(D1)와 제2 구동기어(D2)에 동시에 외접 기어 연결되는 제1 피동기어(P1)를 포함한다.
상기 제2 변속 기어열(G2)은 상기 아이들 축(IDS)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 후진 구동기어(RD)와, 상기 출력축(OS)에 고정 연결되어 상기 후진 구동기어(RD)와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어(P2)를 포함한다.
상기 제3 변속 기어열(G3)은 상기 제1 입력축(IS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제3 구동기어(D3)와, 상기 제3 입력축(IS3)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4 구동기어(D4)와, 상기 출력축(OS)에 고정 연결되어 상기 제3 구동기어(D3)와 제4 구동기어(D4)에 동시에 외접 기어 연결되는 제3 피동기어(P3)를 포함한다.
상기 제4 변속 기어열(G4)은 상기 제2 입력축(IS2)에 고정 연결되는 제1 동력전달기어(TF1)와, 상기 제3 입력축(IS3)에 고정 연결되는 제2 동력전달기어(TF2)와, 상기 아이들 축(IDS)에 고정 연결되어 상기 제1 동력전달기어(TF1)와 제2 동력전달기어(TF2)에 동시에 외접 기어 연결되는 아이들 기어(IDG)를 포함한다.
상기에서 제1 구동기어(D1)와 제3 구동기어(D3) 사이에는 제1 싱크로나이저(SL1)가 배치되어 상기 제1 구동기어(D1)와 제3 구동기어(D3)를 선택적으로 제1 입력축(IS1)에 동기 연결한다.
또한, 상기 제2 구동기어(D2)와 제4 구동기어(D4) 사이에는 제2 싱크로나이저(SL2)가 배치되어 상기 제2 구동기어(D2)와 제4 구동기어(D4)를 선택적으로 제3 입력축(IS3)에 동기 연결한다.
또한, 상기 후진 구동기어(RD)와 아이들 축(IDS) 사이에는 제3 싱크로나이저(SL3)가 배치되어 상기 후진 구동기어(RD)를 선택적으로 아이들 축(IDS)에 동기 연결한다.
상기와 같이 고정 변속부(FT)의 4개의 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)을 형성하는 각각의 구동기어 및 피동기어에 대한 기어비는 해당 변속기의 설계조건에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 제1 실시 예에서는 상기 제1 변속 기어열(G1)의 제1 구동기어(D1)와 제1 피동기어(P1)는 전진 제1속, 제2 구동기어(D2)와 제1 피동기어(P1)는 전진 제2속, 상기 제2 변속 기어열(G2)의 후진 구동기어(RD)와 제2 피동기어(P2)는 후진 변속, 상기 제3 변속 기어열(G3)의 제3 구동기어(D3)와 제3 피동기어(P3)는 전진 제3속, 제4 구동기어(D4)와 제3 피동기어(P3)는 전진 제4속을 위한 기어비로 설정되고, 제4 변속 기어열(G4)은 제3 입력축(IS3)이 상기 제2 입력축(IS2)의 회전수와 동일하게 회전할 수 있도록 기어비가 설정된다.
상기에서 제4 변속 기어열(G4)은 제2, 제3 입력축(IS2)(IS3)가 동일한 회전수로 회전할 수 있도록 기어비를 설정한다고 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 구동기어(D2)와 제1 피동기어(P1), 제4 구동기어(D4)와 제3 피동기어(P3), 후진 구동기어(RD)와 제2 피동기어(P2)의 기어비에 따라 달라질 수 있다.
상기에서 제1, 제2, 제3 싱크로나이저(SL1)(SL2)(SL3)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제1, 제2, 제3 싱크로나이저(SL1)(SL2)(SL3)에 적용되는 제1, 제2, 제3 슬리이브(SLE1)(SLE2)(SLE3)는 공지에서와 같이 별도의 액추에이터(미도시)를 구비하며, 상기 액추에이터는 트랜스미션 제어유닛(미도시)에 의하여 제어되면서 변속에 관여한다.
상기에서 결합요소인 상기 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 유압마찰결합유닛으로서, 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 제1 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표로서, 하이브리드 모드(HEV)로 전진 4속 후진 1속을 구현할 수 있으며, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.
[후진]
후진(REV)에서는 도 2에서와 같이, 제3 싱크로나이저(SL3)의 슬리이브(SEL3)를 통해 후진 구동기어(RD)와 아이들 축(IDS)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 토크 어시스트에 의한 회전속도에 따라 가변적으로 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 동력전달기어(TF1), 아이들 기어(IDG), 아이들 축(IDS), 후진 구동기어(RD), 제2 피동기어(P2), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 역회전 출력되면서 후진 주행이 이루어진다.
[전진 1속]
전진 1속 변속단(FD1)에서는 도 2에서와 같이, 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제1 구동기어(D3)와 제1 입력축(IS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 토크 어시스트에 의한 회전속도에 따라 가변적으로 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제1 구동기어(D1), 제1 피동기어(P1), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 전진 1속 주행이 이루어진다.
[전진 2속]
전진 2속 변속단(FD2)에서는 도 2에서와 같이, 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제2 구동기어(D2)와 제3 입력축(IS3)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 토크 어시스트에 의한 회전속도에 따라 가변적으로 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 동력전달기어(TF1), 아이들 기어(IDG), 제2 동력전달기어(TF2), 제3 입력축(IS3), 제2 구동기어(D2), 제1 피동기어(P1), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 전진 2속 주행이 이루어진다.
[전진 3속]
전진 3속 변속단(FD3)에서는 도 2에서와 같이, 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제3 구동기어(D3)와 제1 입력축(IS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 토크 어시스트에 의한 회전속도에 따라 가변적으로 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제3 구동기어(D3), 제3 피동기어(P3), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 전진 3속 주행이 이루어진다.
[전진 4속]
전진 4속 변속단(FD4)에서는 도 2에서와 같이, 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제4 구동기어(D4)와 제3 입력축(IS3)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 토크 어시스트에 의한 회전속도에 따라 가변적으로 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 동력전달기어(TF1), 아이들 기어(IDG), 제2 동력전달기어(TF2), 제3 입력축(IS3), 제4 구동기어(D4), 제3 피동기어(P3), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 전진 4속 주행이 이루어진다.
상기 변속과정을 요약하면, 본 발명에 의한 변속장치는 전진 1속에서 4속까지는 변속이 이루어지되, 상기 엔진(ENG)의 회전속도가 동일한 조건이더라도 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)의 토크 어시스트에 의한 회전속도에 따라 가변적으로 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되므로 차량의 주행 속도가 달라질 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치는 상기 제1 실시 예의 변속장치에서 상기 유성기어세트(PG)의 각 회전요소(S)(PC)(R)와 엔진(ENG) 및 보조 동력원인 제1 모터/제너레이터(MG1)의 연결구성을 달리하였다.
즉, 상기 제1 실시 예에서는 상기 선기어(S)가 제1 모터/제너레이터(MG1)의 구동력을 입력받는 입력요소로 작동되고, 상기 유성캐리어(PC)가 엔진(ENG)의 구동력을 입력받는 입력요소로 작동되며, 상기 링기어(R)가 항상 출력요소로 작동되도록 하고 있으나, 본 발명의 제2 실시 예에서는 상기 선기어(S)가 제1 모터/제너레이터(MG1)의 구동력을 입력받는 입력요소로 작동되고, 상기 유성캐리어(PC)가 항상 출력요소로 작동되고, 상기 링기어(R)가 엔진(ENG)의 구동력을 입력받는 입력요소로 작동되도록 하였다.
이에 따라 본 발명의 제2 실시 예는 상기 제1 실시 예와 비교하여 유성기어세트(PG)의 연결 관계만 달리할 뿐, 변속과정 및 동력전달경로는 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 변속장치는 상기 제1 실시 예와 비교하여 후진 변속을 위한 제3 싱크로나이저(SL3)를 생략하고, 출력축(OS)상에 제2 모터/제너레이터(MG2)를 추가 배치하였다.
상기 제2 모터/제너레이터(MG2)는 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)과 같이 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 변속기 하우징(H)에 고정되는 제2 스테이터(ST2)와, 상기 제2 스테이터(ST2)의 반경방향 내측에서 회전 가능하게 지지되는 제2 로터(RT2)를 포함하여 이루어지며, 상기 제2 로터(RT)가 상기 출력축(OS)과 고정 연결된다.
상기에서 제3 싱크로나이저(SL3)를 생략한다는 것은 상기 제1 실시 예에서 제2 변속 기어열(G2)이 생략됨을 의미한다.
이에 따라 제3 실시 예에서의 3개의 변속 기어열은 설명의 편의상, 제1 실시 예를 기준으로 제2 변속 기어열(G2)이 생략된 상태로, 제1, 제3, 제4 변속 기어열(G1)(G3)(G4)로 설명하며, 다음과 같이 구성된다.
상기 제1 변속 기어열(G1)은 상기 제1 입력축(IS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 구동기어(D1)와, 상기 제3 입력축(IS3)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어(D2)와, 상기 출력축(OS)에 고정 연결되어 상기 제1 구동기어(D1)와 제2 구동기어(D2)에 동시에 외접 기어 연결되는 제1 피동기어(P1)를 포함한다.
상기 제3 변속 기어열(G3)은 상기 제1 입력축(IS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제3 구동기어(D3)와, 상기 제3 입력축(IS3)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4 구동기어(D4)와, 상기 출력축(OS)에 고정 연결되어 상기 제3 구동기어(D3)와 제4 구동기어(D4)에 동시에 외접 기어 연결되는 제3 피동기어(P3)를 포함한다.
상기 제4 변속 기어열(G4)은 상기 제2 입력축(IS2)에 고정 연결되는 제1 동력전달기어(TF1)와, 상기 제3 입력축(IS3)에 고정 연결되는 제2 동력전달기어(TF2)와, 상기 아이들 축(IDS)에 고정 연결되어 상기 제1 동력전달기어(TF1)와 제2 동력전달기어(TF2)에 동시에 외접 기어 연결되는 아이들 기어(IDG)를 포함한다.
상기에서 제1 구동기어(D1)와 제3 구동기어(D3) 사이에는 제1 싱크로나이저(SL1)가 배치되어 상기 제1 구동기어(D1)와 제3 구동기어(D3)를 선택적으로 제1 입력축(IS1)에 동기 연결한다.
또한, 상기 제2 구동기어(D2)와 제4 구동기어(D4) 사이에는 제2 싱크로나이저(SL2)가 배치되어 상기 제2 구동기어(D2)와 제4 구동기어(D4)를 선택적으로 제3 입력축(IS3)에 동기 연결한다.
상기와 같이 고정 변속부(FT)의 3개의 변속 기어열(G1)(G3)(G4)을 형성하는 각각의 구동기어 및 피동기어에 대한 기어비는 해당 변속기의 설계조건에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 제2 실시 예에서는 상기 제1 변속 기어열(G1)의 제1 구동기어(D1)와 제1 피동기어(P1)는 전진 제1속, 제2 구동기어(D2)와 제1 피동기어(P1)는 전진 제2속, 상기 제3 변속 기어열(G3)의 제3 구동기어(D3)와 제3 피동기어(P3)는 전진 제3속, 제4 구동기어(D4)와 제3 피동기어(P3)는 전진 제4속을 위한 기어비로 설정되고, 제4 변속 기어열(G4)은 제3 입력축(IS3)이 상기 제2 입력축(IS2)의 회전수와 동일하게 회전할 수 있도록 기어비가 설정된다.
상기에서 제4 변속 기어열(G4)은 제2, 제3 입력축(IS2)(IS3)가 동일한 회전수로 회전할 수 있도록 기어비를 설정한다고 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 구동기어(D2)와 제1 피동기어(P1), 제4 구동기어(D4)와 제3 피동기어(P3)의 기어비에 따라 달라질 수 있다.
상기에서 제1, 제2 싱크로나이저(SL1)(SL2)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제1, 제2 싱크로나이저(SL1)(SL2)에 적용되는 제1, 제2 슬리이브(SLE1)(SLE2)는 공지에서와 같이 별도의 액추에이터(미도시)를 구비하며, 상기 액추에이터는 트랜스미션 제어유닛(미도시)에 의하여 제어되면서 변속에 관여한다.
상기에서 결합요소인 상기 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 유압마찰결합유닛으로서, 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 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표로서, EV 모드에 의한 후진 1속 및 전진 1속과, HEV 모드에 의한 후진 4속 및 전진 4속을 구현할 수 있으며, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.
[EV 후진속]
EV 후진속(EV-REV)에서는 도 5에서와 같이, 제1, 제2 싱크로나이저(SL1)(SL2)는 아무런 작동이 없이 제2 모터/제너레이터(MG2)를 역회전 구동시킨다.
그러면 제2 모터/제너레이터(MG2)의 역회전 구동력이 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 EV 후진속 주행이 이루어진다.
[EV 전진 1속]
EV 전진 1속(EV-FD1)에서는 도 5에서와 같이, 제1, 제2 싱크로나이저(SL1)(SL2)는 아무런 작동이 없이 제2 모터/제너레이터(MG2)를 정회전 구동시킨다.
그러면 제2 모터/제너레이터(MG2)의 정회전 구동력이 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 EV 전진 1속 주행이 이루어진다.
[HEV 후진 1속]
HEV 후진 1속 변속단(REV1)에서는 도 5에서와 같이, 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제1 구동기어(D3)와 제1 입력축(IS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 역회전 구동에 의해 역회전의 회전속도로 가변 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제1 구동기어(D1), 제1 피동기어(P1), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 HEV 후진 1속 주행이 이루어진다.
[HEV 후진 2속]
HEV 후진 2속 변속단(REV2)에서는 도 5에서와 같이, 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제2 구동기어(D2)와 제3 입력축(IS3)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 역회전 구동에 의해 역회전의 회전속도로 가변 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 동력전달기어(TF1), 아이들 기어(IDG), 제2 동력전달기어(TF2), 제3 입력축(IS3), 제2 구동기어(D2), 제1 피동기어(P1), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 HEV 후진 2속 주행이 이루어진다.
[HEV 후진 3속]
HEV 후진 3속 변속단(REV3)에서는 도 5에서와 같이, 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제3 구동기어(D3)와 제1 입력축(IS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 역회전 구동에 의해 역회전의 회전속도로 가변 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제3 구동기어(D3), 제3 피동기어(P3), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 HEV 후진 3속 주행이 이루어진다.
[HEV 후진 4속]
HEV 후진 4속 변속단(REV4)에서는 도 2에서와 같이, 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제4 구동기어(D4)와 제3 입력축(IS3)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 역회전 구동에 의해 역회전의 회전속도로 가변 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 동력전달기어(TF1), 아이들 기어(IDG), 제2 동력전달기어(TF2), 제3 입력축(IS3), 제4 구동기어(D4), 제3 피동기어(P3), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 HEV 후진 4속 주행이 이루어진다.
[HEV 전진 1속]
HEV 전진 1속 변속단(FD1)에서는 도 5에서와 같이, 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제1 구동기어(D3)와 제1 입력축(IS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 토크 어시스트에 의한 회전속도에 따라 가변적으로 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제1 구동기어(D1), 제1 피동기어(P1), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 HEV 전진 1속 주행이 이루어진다.
[HEV 전진 2속]
HEV 전진 2속 변속단(FD2)에서는 도 5에서와 같이, 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제2 구동기어(D2)와 제3 입력축(IS3)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 토크 어시스트에 의한 회전속도에 따라 가변적으로 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 동력전달기어(TF1), 아이들 기어(IDG), 제2 동력전달기어(TF2), 제3 입력축(IS3), 제2 구동기어(D2), 제1 피동기어(P1), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 포함하는 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 HEV 전진 2속 주행이 이루어진다.
[HEV 전진 3속]
HEV 전진 3속 변속단(FD3)에서는 도 5에서와 같이, 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제3 구동기어(D3)와 제1 입력축(IS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 토크 어시스트에 의한 회전속도에 따라 가변적으로 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제3 구동기어(D3), 제3 피동기어(P3), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 포함하는 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 HEV 전진 3속 주행이 이루어진다.
[HEV 전진 4속]
HEV 전진 4속 변속단(FD4)에서는 도 5에서와 같이, 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제4 구동기어(D4)와 제3 입력축(IS3)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 제1 모터/제너레이터(M1)의 토크 어시스트에 의한 회전속도에 따라 가변적으로 제어되어 링기어(R)를 통해 출력되며, 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 동력전달기어(TF1), 아이들 기어(IDG), 제2 동력전달기어(TF2), 제3 입력축(IS3), 제4 구동기어(D4), 제3 피동기어(P3), 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)로 전달되며, 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 출력되면서 HEV 전진 4속 주행이 이루어진다.
상기와 같은 HEV 후진 4속및 전진 4속의 전 변속단 구간에서는 제2 모터/제너레이터(MG2)가 토크 어시스트를 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 변속장치는 상기 제3 실시 예의 변속장치에서 상기 유성기어세트(PG)의 각 회전요소(S)(PC)(R)와 엔진(ENG) 및 보조 동력원인 제1 모터/제너레이터(MG1)의 연결구성을 달리하였다.
즉, 상기 제3 실시 예에서는 상기 선기어(S)가 제1 모터/제너레이터(MG1)의 구동력을 입력받는 입력요소로 작동되고, 상기 유성캐리어(PC)가 엔진(ENG)의 구동력을 입력받는 입력요소로 작동되며, 상기 링기어(R)가 항상 출력요소로 작동되도록 하고 있으나, 본 발명의 제4 실시 예에서는 상기 선기어(S)가 제1 모터/제너레이터(MG1)의 구동력을 입력받는 입력요소로 작동되고, 상기 유성캐리어(PC)가 항상 출력요소로 작동되고, 상기 링기어(R)가 엔진(ENG)의 구동력을 입력받는 입력요소로 작동되도록 하였다.
이에 따라 본 발명의 제4 실시 예는 상기 제3 실시 예와 비교하여 유성기어세트(PG)의 연결 관계만 달리할 뿐, 변속과정 및 동력전달경로는 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 제1 실시 예의 변속장치는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 기존의 DCT 구조에서 1개의 모터/네너레이터와 1개의 유성기어세트를 적용하는 것만으로 내부 구성을 간단하게 하면서도 HEV 전진 4속 및 후진 1속의 고정 변속단과 같은 다단화를 실현하고, 중량을 최소화 및 탑재성과 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 상기 제1 실시 예에서, 1개의 싱크로나이저를 생략하고, 1개의 모터/제너레이터를 추가 적용하여 전/후진 각 1속의 EV 모드 주행과, 전/후진 각 4속의 고정 변속단 HEV 모드 주행이 가능하도록 하여 연비를 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
CL1,CL2... 제1, 제2 클러치
D1,D2,D3,D4... 제1, 제2, 제3, 제4 구동기어
G1,G2,G3,G4... 제1, 제2, 제3, 제4 변속 기어열
EOS... 엔진 출력축
IDS... 아이들 축
IDG... 아이들 기어
IS1,IS2,IS3... 제1, 제2, 제3 입력축
MG1,MG2... 제1, 제2 모터/제너레이터
OG... 출력기어
OS... 출력축
P1,P2,P3... 제1, 제2, 제3 피동기어
PG... 유성기어세트
SL1, SL2, SL3... 제1, 제2, 제3 싱크로나이저
TF1, TF2... 제1, 제2 동력전달기어

Claims (12)

  1. 제1 모터/제너레이터;
    3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소가 엔진과 상기 제1 모터/제너레이터에 각각 고정 연결되어 입력되는 회전동력의 토크를 변환하여 출력하는 유성기어세트;
    제1 클러치를 통해 상기 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 나머지 1개의 회전요소와 선택적으로 연결되는 제1 입력축;
    상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 제2 클러치를 통해 상기 유성기어세트의 나머지 1개의 회전요소와 선택적으로 연결되는 제2 입력축;
    상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제3 입력축;
    상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 출력축;
    상기 제2 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되어 외접 기어 연결을 통해 상기 제2 입력축의 회전동력을 상기 제3 입력축에 동일 방향으로 전달하는 아이들 축; 및
    상기 제1, 제2, 제3 입력축과 상기 출력축 및 상기 아이들 축에 선택적으로 배치되어 상호 외접 기어 연결되는 복수개의 변속 기어열의 기어비에 따라 고정 변속단으로 변속하여 상기 출력축을 통해 출력하는 고정 변속부;
    를 포함하는 차량용 변속장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    싱글 피니언 유성기어세트로서, 선기어가 제1 모터제너레이터에 고정 연결되고, 유성캐리어가 엔진 출력축과 고정 연결되고, 링기어가 상기 제1, 제2 입력축과 각각 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 변속 기어열은
    상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 구동기어와, 상기 제3 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어와, 상기 출력축에 고정 연결되어 상기 제1 구동기어와 제2 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 변속 기어열;
    상기 아이들 축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 후진 구동기어와, 상기 출력축에 고정 연결되어 상기 후진 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어로 이루어지는 제2 변속 기어열;
    상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제3 구동기어와, 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4 구동기어와, 상기 출력축에 고정 연결되어 상기 제3 구동기어와 제4 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 변속 기어열; 및
    상기 제2 입력축에 고정 연결되는 제1 동력전달기어와, 상기 제3 입력축에 고정 연결되는 제2 동력전달기어와, 상기 아이들 축에 고정 연결되어 상기 제1 동력전달기어와 제2 동력전달기어에 동시에 외접 기어 연결되는 아이들 기어로 이루어지는 제4 변속 기어열;
    을 포함하는 차량용 변속장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 구동기어와 제3 구동기어는 제1 싱크로나이저에 의하여 제1 입력축에 선택적으로 동기 연결되고,
    상기 제2 구동기어와 제4 구동기어는 제2 싱크로나이저에 의하여 제3 입력축에 선택적으로 동기 연결되고,
    상기 후진 구동기어는 제3 싱크로나이저에 의하여 아이들 축에 선택적으로 동기 연결되는 차량용 변속장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 구동기어와 제1 피동기어는 전진 1속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제2 구동기어와 제1 피동기어는 전진 2속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제3 구동기어와 제3 피동기어는 전진 3속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제4 구동기어와 제3 피동기어는 전진 4속을 위한 기어비로 이루어지는 차량용 변속장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    싱글 피니언 유성기어세트로서, 선기어가 제1 모터제너레이터에 고정 연결되고, 유성캐리어가 상기 제1, 제2 입력축과 각각 선택적으로 연결되고, 링기어가 엔진 출력축과 고정 연결되는 차량용 변속장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 변속장치는
    상기 출력축에 고정 연결되는 제2 모터/제너레이터를 더 포함하는 차량용 변속장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    싱글 피니언 유성기어세트로서, 선기어가 제1 모터제너레이터에 고정 연결되고, 유성캐리어가 엔진 출력축과 고정 연결되고, 링기어가 상기 제1, 제2 입력축과 각각 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수개의 변속 기어열은
    상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 구동기어와, 상기 제3 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어와, 상기 출력축에 고정 연결되어 상기 제1 구동기어와 제2 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 변속 기어열;
    상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제3 구동기어와, 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4 구동기어와, 상기 출력축에 고정 연결되어 상기 제3 구동기어와 제4 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 변속 기어열; 및
    상기 제2 입력축에 고정 연결되는 제1 동력전달기어와, 상기 제3 입력축에 고정 연결되는 제2 동력전달기어와, 상기 아이들 축에 고정 연결되어 상기 제1 동력전달기어와 제2 동력전달기어에 동시에 외접 기어 연결되는 아이들 기어로 이루어지는 제4 변속 기어열;
    을 포함하는 차량용 변속장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 구동기어와 제3 구동기어는 제1 싱크로나이저에 의하여 제1 입력축에 선택적으로 동기 연결되고,
    상기 제2 구동기어와 제4 구동기어는 제2 싱크로나이저에 의하여 제3 입력축에 선택적으로 동기 연결되는 차량용 변속장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 구동기어와 제1 피동기어는 전후진 1속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제2 구동기어와 제1 피동기어는 전후진 2속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제3 구동기어와 제3 피동기어는 전후진 3속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제4 구동기어와 제3 피동기어는 전후진 4속을 위한 기어비로 이루어지는 차량용 변속장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    싱글 피니언 유성기어세트로서, 선기어가 제1 모터제너레이터에 고정 연결되고, 유성캐리어가 상기 제1, 제2 입력축과 각각 선택적으로 연결되고, 링기어가 엔진 출력축과 고정 연결되는 차량용 변속장치.
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