KR20190141494A - 차량용 변속장치 - Google Patents

Abstract

차량용 변속장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 듀얼 클러치 변속기에 1개의 유성기어세트와 2개의 싱크로나이저를 적용하여 다단의 고정 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 부품 감소에 의한 내부 구성을 간단히 하고, 중량을 최소화하여 연비를 향상시킬 수 있으며, 부피 감소로 탑재성을 향상시키며, 1개의 모터/제너레이터를 추가 배치하여 전기 자동차 모드 및 패러럴 하이브리드 모드로 주행이 가능하도록 하여 연비를 향상시킨다.

Description

차량용 변속장치{POWER TRANSMISSION APPARATUS FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 듀얼 클러치 변속기(DCT)에 1개의 유성기어세트와 2개의 싱크로나이저를 적용하여 다단의 고정 변속단을 구현하고, 1개의 모터/제너레이터를 추가 배치하여 전기 자동차 모드 및 패러럴 하이브리드 모드로 주행이 가능하도록 한 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 전기 자동차(EV : Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(HEV : Hybrid Electric Vehicle), 효율과 편의성을 향상시킨 듀얼 클러치 변속기(DCT : Dual Clutch Transmission)를 예로 들 수 있다.

상기에서 본 발명과 관련되는 DCT는 자동 변속기내에 2개의 클러치 기구(clutch device)와, 기본적인 수동 변속기의 기어 트레인을 보유하며, 엔진으로부터 입력되는 회전력을 2개의 클러치를 이용하여 2개의 입력축에 선택적으로 전달하여, 상기한 기어 트레인을 이용하여 변속한 후 출력한다.

이러한 DCT는 5단 이상의 고단 변속기를 컴팩트(compact)하게 구현하기 위한 시도가 계속되고 있으며, 2개의 클러치와 동기장치(synchronizing device)들을 컨트롤러에 의해 제어함으로써, 운전자의 수동적인 변속을 불필요하게 하는 AMT(Auto Manual Transmission)로 구현되고 있다.

이에 따라, DCT는 유성기어 타입의 자동 변속기와 비교하여 동력전달 효율이 우수하고, 다단화에 따른 부품의 변경 및 추가가 용이하다는 장점이 연비 규제와 다단화 효율의 중요성에 부응할 수 있기 때문에 더욱 각광을 받고 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 듀얼 클러치 변속기에 1개의 유성기어세트와 2개의 싱크로나이저를 적용하여 다단의 고정 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 부품 감소에 의한 내부 구성을 간단히 하고, 중량을 최소화하여 연비를 향상시킬 수 있으며, 부피 감소로 탑재성을 향상시킬 수 있는 차량용 변속장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예는 1개의 모터/제너레이터를 추가 배치하여 전기 자동차 모드 및 패러럴 하이브리드 모드로 주행이 가능하도록 하여 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 변속장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진 출력축에 직접 연결되는 제1 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 전측부 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 상기 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 상기 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제3 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 후측부 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되어 상기 제1 입력축과 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되는 동력 전달축; 상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 각각 평행하게 배치되는 제1, 제2 중간축 및 출력축; 상기 제3 입력축과 제1 중간축에 배치되어 상호 외접 기어 연결되는 제1 입력 기어열을 통해 전달되는 회전동력을 상기 제1, 제2 중간축에 배치되어 상호 외접 기어 연결되는 제1 변속 기어열의 기어비에 따라 선택적으로 변속하여 출력하는 제1 고정 변속단 변속부; 상기 제1 입력축으로부터 전달되는 회전동력을 제2 변속 기어열을 통해 정회전 출력하거나, 상기 제2 변속 기어열의 회전을 정지시키는 제2 고정 변속단 변속부; 및 상기 출력축과 고정 연결되는 선기어를 포함하여 3개의 회전요소를 갖는 유성기어세트를 포함하며, 제2 입력 기어열을 통해 입력되는 상기 제2 입력축의 회전동력과, 제2 변속 기어열을 통해 입력되는 상기 제1, 제2 고정 변속단 변속부의 회전동력을 상호 보완적으로 합성 변속하여 출력하는 복합 변속부를 포함하는 차량용 변속장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제1 고정 변속단 변속부의 제1 입력 기어열은 상기 제3 입력축과 고정 연결되는 제1 입력 구동기어와, 상기 제1 중간축과 고정 연결되어 상기 제1 입력 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 입력 피동기어로 이루어지고, 상기 제1 고정 변속단 변속부의 제1 변속 기어열은 상기 제1 중간축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 변속 구동기어와, 상기 제2 중간축에 고정 연결되어 상기 제1 변속 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 변속 구동기어는 제1 싱크로나이저에 의하여 제1 중간축에 선택적으로 동기 연결될 수 있다.

또한, 상기 제1 변속 기어열은 전진 1속과 5속을 위한 기어비로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제2 고정 변속단 변속부는 상기 동력 전달축에 상기 제1 입력축 외주측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 변속 구동기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 변속 구동기어는 제2 싱크로나이저에 의하여 선택적으로 동력 전달축과 동기 연결될 수 있다.

또한, 상기 복합 변속부는 상기 유성기어세트의 링기어가 제2 변속 피동기어와 고정 연결되어 제2 변속 기어열을 통해 제1, 제2 고정 변속단 변속부의 회전동력을 전달받고, 유성캐리어가 제2 입력 피동기어와 고정 연결되어 제2 입력 기어열을 통해 엔진의 회전동력을 전달받고, 선기어가 출력축과 고정 연결됨과 동시에 상기 링기어와 선택적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 제2 입력 기어열은 상기 제2 입력축과 고정 연결되는 제2 입력 구동기어와, 상기 유성캐리어와 고정 연결되어 상기 제2 입력 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 입력 피동기어로 이루어지며, 상기 제2 변속 기어열은 상기 제2 변속 구동기어와, 상기 제2 중간축에 고정 연결된 중간기어와, 상기 링기어에 고정 연결되어 상기 제2 변속 구동기어와 상기 중간기어에 외접 기어 연결되는 제2 변속 피동기어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제2 변속 기어열을 형성하는 제2 변속 구동기어와 제2 변속 피동기어는 전진 2속과 4속을 위한 기어비로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 변속장치는 축과 축 사이 또는 회전요소와 회전요소 사이를 선택적으로 연결하는 4개의 클러치; 및 축을 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 1개의 브레이크를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 4개의 클러치는 상기 엔진 출력축과 제3 입력축 사이에 구성되는 제1 클러치; 상기 제1 입력축과 동력 전달축 사이에 구성되는 제2 클러치; 상기 엔진 출력축과 제2 입력축 사이에 구성되는 제3 클러치; 및 상기 유성기어세트의 링기어와 선기어 사이에 구성되는 제4 클러치로 이루어지고, 상기 1개의 브레이크는 상기 동력 전달축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 브레이크로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 1개의 브레이크는 상기 제2 중간축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 브레이크로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 입력축 상에 직렬로 연결되고, 엔진 클러치를 통해 상기 엔진 출력축과 선택적으로 연결되며, 제1, 제3 클러치를 통해 상기 제2, 제3 입력축과 각각 선택적으로 연결되는 모터/제너레이터를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 입력축과 평행하게 배치되어 모터 구동기어가 아이들 기어를 개재시켜 엔진의 회전동력 전달경로에 배치되는 모터 피동기어와 외접 기어 연결되는 모터/제너레이터를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 모터 피동기어는 상기 제1 입력축과 직렬로 연결되고, 엔진 클러치를 통해 상기 엔진 출력축과 선택적으로 연결되며, 제1, 제3 클러치를 통해 상기 제2, 제3 입력축과 각각 선택적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 듀얼 클러치 변속기에 1개의 유성기어세트와 2개의 싱크로나이저를 적용하여 전진 6속의 고정 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 내부 구성을 간단히 하면서 다단화를 실현하고, 중량을 최소화하여 탑재성과 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제2, 제3 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 상기 제1 실시 예에 있어서, 1개의 모터/제너레이터를 추가 배치하여 다단의 고정 변속단으로 엔진 주행모드, 패러럴 하이브리드 모드, 전기 자동차 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 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 변속 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 변속 작동표이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 변속 작동표이다.

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 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치는 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3), 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2), 동력 전달축(TMS), 제1, 제2 고정 변속부(FT1)(FT2), 복합 변속부(CT) 및 출력축(OS)을 포함한다.

상기 동력원인 엔진(ENG)은 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등의 공지된 각종 엔진이 이용될 수 있다.

상기 엔진(ENG)으로부터 발생된 회전동력은 제1, 제2 고정 변속단 변속부(FT1)(FT2)로 전달되어 복수의 고정 변속단으로 변속되어 출력되고, 상기 제1, 제2 고정 변속단 변속부(FT1)(FT2)로부터 선택적으로 전달되는 회전동력과 엔진(ENG)으부터 선택적으로 전달되는 회전동력은 복합 변속부(CT)에서 상호 보완 작동에 의하여 감속 및 증속된 변속비로 변속되어 출력축(OS)을 통해 출력되면서 전진 6속의 변속단을 구현할 수 있다.

상기와 같은 변속 흐름 과정에서 회전동력을 전달하는 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3)과 동력 전달축(TMS)은 동일축선상으로 배치되고, 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2)과 출력축(OS)은 상기 축들과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되어 엔진(ENG)의 회전동력을 제1, 제2 싱크로나이저(SN1)(SN2)로 이루어지는 제1, 제2 고정 변속단 변속부(FT)와, 유성기어세트(PG)로 이루어지는 복합 변속부(CT)로 전달한다.

상기 제1 입력축(IS1)은 엔진(ENG)의 출력축(EOS; 크랭크 축)에 직접 연결되며, 상기 제1 입력축(IS1)은 엔진(ENG)의 회전동력을 상기 고정 변속단 변속부(FT)의 제1 유성기어세트(PG1)에 선택적으로 전달한다.

상기 제2 입력축(IS2)은 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축(IS1)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 엔진(ENG)의 출력축(EOS)과 선택적으로 연결되며, 상기 제2 입력축(IS2)은 엔진(ENG)의 회전동력을 선택적으로 복합 변속부(CT)에 전달한다.

상기 제3 입력축(IS3)은 중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축(IS2)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 엔진(ENG)의 출력축(EOS)과 선택적으로 연결되며, 상기 제3 입력축(IS3)은 엔진(ENG)의 회전동력을 선택적으로 고정 변속단 변속부(FT)의 제1 중간축(CS1)에 전달한다.

상기 동력 전달축(TMS)은 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축(IS1)의 후측부 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축(IS1)과 선택적으로 연결된다.

상기 제1 고정 변속단 변속부(FT1)는 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2)과 제1 싱크로나이저(SN1)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 중간축(CS1)은 상기 제3 입력축(IS3)과 제1 입력 기어열(IG1)에 의하여 외접 기어 연결되고, 상기 제2 중간축(CS2)는 제1 변속 기어열(TG1)에 의하여 외접 기어 연결된다.

상기 제1 입력 기어열(IG1)은 상기 제3 입력축(IS3)과 고정 연결되는 제1 입력 구동기어(IDG1)와, 상기 제1 중간축(CS1)과 고정 연결되어 상기 제1 입력 구동기어(IDG1)와 외접 기어 연결되는 제1 입력 피동기어(IPG1)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 변속 기어열(TG1)은 상기 제1 중간축(CS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 변속 구동기어(TDG1)와, 상기 제2 중간축(CS2)에 고정 연결되어 상기 제1 변속 구동기어(TDG1)와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어(TPG1)를 포함하여 이루어진다.

상기에서 제1 변속 구동기어(TDG1)에는 제1 싱크로나이저(SN1)가 배치되어 상기 제1 변속 구동기어(TDG1)를 선택적으로 제1 중간축(CS1)에 동기 연결한다.

상기 제2 고정 변속단 변속부(FT2)는 제2 싱크로나이저(SN2)를 포함하여 이루어지며, 상기 제2 싱크로나이저(SN2)는 상기 제1 입력축(IS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 변속 구동기어(TDG2)를 상기 동력 전달축(TMS)과 동기 연결한다.

상기 복합 변속부(CT)는 유성기어세트(PG)와 출력축(OS)을 포함하여 이루어진다.

상기 유성기어세트(PG)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 선기어(S)와, 상기 선기어(S)와 외접으로 치합되는 복수의 피니언 기어(2)를 자전 및 공전이 가능하게 지지하는 유성캐리어(PC)와, 상기 복수의 피니언 기어(P)와 내접으로 치합되어 상기 선기어(S)와 동력 연결되는 링기어(R)를 포함한다.

상기 선기어(S)는 상기 링기어(R)와 선택적으로 연결됨과 동시에 출력축(OS)과 고정 연결되어 항상 출력요소로 작동되며, 상기 유성 캐리어(PC)는 제2 입력 피동기어(IPG2)와 고정 연결되어 엔진(ENG)의 회전 동력을 선택적으로 전달받으며, 상기 링기어(R)는 제2 변속 피동기어(TPG2)와 고정 연결되어 상기 제2 싱크로나이저(SN2)에 의해 동력을 선택적으로 전달받는다.

또한, 상기 유성캐리어(PC)와 제2 입력축(IS2)은 제2 입력 기어열(IG2)에 의하여 외접 기어 연결되고, 상기 링기어(R)는 제2 변속 구동기어(TDG2)와 제2 변속 기어열(TG2)에 의하여 외접 기어 연결된다.

상기 제2 입력 기어열(IG2)은 상기 제2 입력축(IS2)과 고정 연결되는 제2 입력 구동기어(IDG2)와, 상기 유성캐리어(PC)와 고정 연결되어 상기 제2 입력 구동기어(IDG2)와 외접 기어 연결되는 제2 입력 피동기어(IPG2)를 포함하여 이루어진다.

상기 제2 변속 기어열(TG2)은 상기 제2 변속 구동기어(TDG2)와, 상기 제2 중간축(CS2)에 고정 연결된 중간기어(CG)와, 상기 링기어(R)에 고정 연결되어 상기 제2 변속 구동기어(TDG2)와 상기 중간기어(CG)에 외접 기어 연결되는 제2 변속 피동기어(TPG2)를 포함하여 이루어진다.

상기에서 제1, 제2 입력 기어열(IG1)(IG2)과, 제1, 제2 변속 기어열(TG1)(TG2)은 구성하는 각각의 구동 및 피동기어에 대한 기어비는 필요로 하는 변속기의 설계 조건에 의해 설정된다.

이에 따라 본 발명의 제1 실시 예에서는 상기 제1, 제2 입력 기어열(IG1)(IG2)의 기어비와 함께 상기 제1 변속 기어열(TG1)은 제1속 및 제5속, 상기 제2 변속 기어열(TG2)은 제2속 및 제4속을 구현할 수 있도록 기어비가 설정된다는 것을 전제한다.

상기 출력축(OS)은 출력부재로서, 상기 유성기어세트(PG)로부터 전달되는 변속된 구동력을 출력기어(OG)와 종감속기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달한다.

그리고 본 발명의 제1 실시 예에서는 상기 축끼리 또는 유성기어세트(PG)의 회전요소가 상호 선택적으로 연결되는 부분에 4개의 결합요소인 클러치(CL1)(CL2)(CL3)(CL4)가 배치되고, 상기 축과 변속기 하우징(H)이 선택적으로 연결되는 부분에는 1개의 브레이크(BK)가 배치된다.

즉, 상기 5개의 결합요소인 상기 4개의 클러치(CL1 ~ CL4)와 1개의 브레이크(BK)의 배치 위치를 살펴보면, 다음과 같다.

상기 제1 클러치(CL1)는 엔진 출력축(EOS)과 제3 입력축(IS3) 사이에 배치되며, 엔진 출력축(EOS)과 제3 입력축(IS3)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기 제2 클러치(CL2)는 제1 입력축(IS1)과 동력 전달축(TMS) 사이에 배치되며, 제1 입력축(IS1)과 동력 전달축(TMS)를 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기 제3 클러치(CL3)는 엔진 출력축(EOS)과 제2 입력축(IS2) 사이에 배치되며, 엔진 출력축(EOS)과 제2 입력축(IS2)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기 제4 클러치(CL4)는 링기어(R)와 선기어{S2; 출력축(OS)} 사이에 배치되며, 링기어(R)와 선기어{S; 출력축(OS)}를 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

즉, 상기 제4 클러치(CL4)는 유성기어세트(PG)의 직결 수단으로 작동한다.

상기 브레이크(BK)는 동력 전달축(TMS)와 변속기 하우징(H) 사이에 배치되며, 동력 전달축(TMS)이 선택적으로 고정요소로 작동될 수 있도록 한다.

상기에서 제1, 제2, 제3, 제4 클러치(CL1)(CL2)(CL3)(CL4)와 브레이크(BK)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.

또한, 상기에서 제1, 제2 싱크로나이저(SN1)(SN2)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제1, 제2 싱크로나이저(SN1)(SN2)에 적용되는 제1, 제2 슬리이브(SLE1)(SLE2)는 공지에서와 같이 미도시된 별도의 액추에이터를 구비하며, 상기 액추에이터는 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 제어되면서 변속을 실시한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표로서, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

[전진 1속]

전진 1속(FD1)에서는 도 2에서와 같이, 제1 싱크로나이저(SN1)의 슬리이브(SLE1)를 통해 제1 변속 구동기어(TDG1)와 제1 중간축(CS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.

이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제3 입력축(IS3), 제1 입력 구동기어(IDG1), 제1 입력 피동기어(IPG1), 제1 중간축(CS1), 제1 변속 구동기어(TDG1), 제1 변속 피동기어(TPG1), 제2 중간축(CS2), 중간기어(CG), 제2 변속 피동기어(TPG2)를 통해 유성기어세트(PG)의 링기어(R)로 입력된다.

그리고 유성기어세트(PG)는 제4 클러치(C4)의 작동에 의하여 직결의 상태가 되면서 링기어(R)로 입력되는 회전동력을 입력 그대로 출력축(OS)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달하여 전진 1속(FD1)의 주행이 이루어진다.

즉, 상기 전진 1속에서는 제1 입력 구동기어(IDG1)와 제1 입력 피동기어(IPG1), 제1 변속 구동기어(TDG1)와 제1 변속 피동기어(TPG1), 중간기어(CG)와 제2 변속 피동기어(TPG2)의 기어비에 의하여 변속이 이루어진다.

[전진 2속]

전진 2속(FD2)에서는 도 2에서와 같이, 제2 싱크로나이저(SN2)의 슬리이브(SLE2)를 통해 제2 변속 구동기어(TDG2)와 동력 전달축(TMS)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.

이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1)과 제2 클러치(CL2)를 통해 동력 전달축(TMS)로 입력되며, 상기와 같은 입력 상태에서 제2 싱크로나이저(SN2)의 작동에 의하여 동력 전달축(TMS)과 제2 변속 구동기어(TDG2)가 동기 연결되면서 입력 그대로 출력이 이루어지며, 상기 출력되는 회전동력은 제2 변속 피동기어(TPG2)를 통해 유성기어세트(PG)의 링기어(R)로 입력된다.

그리고 유성기어세트(PG)는 제4 클러치(C4)의 작동에 의하여 직결의 상태가 되면서 링기어(R)로 입력되는 회전동력을 입력 그대로 출력축(OS)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달하여 전진 2속(FD2)의 주행이 이루어진다.

즉, 상기 전진 2속에서는 제2 변속 구동기어(TDG2)와 제2 변속 피동기어(TPG2)의 기어비에 의하여 변속이 이루어진다.

[전진 3속]

전진 3속(FD3)에서는 도 2에서와 같이, 제1, 제2 싱크로나이저(SN1)(SN2) 모두 중립의 상태에서 제3 클러치(CL3)와 제4 클러치(CL4)가 작동 제어된다.

이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 제2 입력축(IS2), 제2 입력 구동기어(IDG2), 제2 입력 피동기어(IPG2)를 통해 유성기어세트(PG)의 유성캐리어(PC)로 입력된다.

그리고 유성기어세트(PG)는 제4 클러치(C4)의 작동에 의하여 직결의 상태가 되면서 유성캐리어(PC)로 입력되는 회전동력을 입력 그대로 출력축(OS)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달하여 전진 3속(FD3)의 주행이 이루어진다.

즉, 상기 전진 3속에서는 제2 입력 구동기어(IDG2)와 제2 입력 피동기어(IPG2)의 기어비에 의하여 변속이 이루어진다.

[전진 4속]

전진 4속(FD4)에서는 도 2에서와 같이, 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제2 변속 구동기어(TDG2)와 동력 전달축(TMS)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.

이에 따라 엔진(ENG)의 일부 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1)과 제2 클러치(CL2)를 통해 동력 전달축(TMS)으로 입력되며, 상기와 같은 입력 상태에서 제2 싱크로나이저(SN2)의 작동에 의하여 동력 전달축(TMS)과 제2 변속 구동기어(TDG2)가 동기 연결되면서 입력 그대로 출력이 이루어지며, 상기 출력되는 회전동력은 제2 변속 피동기어(TPG2)를 통해 유성기어세트(PG)의 링기어(R)로 입력된다.

그리고 엔진(ENG)의 일부 회전동력은 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 제2 입력축(IS2), 제2 입력 구동기어(IDG2), 제2 입력 피동기어(IPG2)를 통해 유성기어세트(PG)의 유성캐리어(PC)로 입력된다.

그러면 유성기어세트(PG)에는 각각 다른 회전수의 회전동력이 링기어(R)와 유성캐리어(PC)로 입력되는데, 이때 유성캐리어(PC)로 입력되는 회전수를 1이라고 할 때, 링기어(R)로 입력되는 회전수가 작으므로 제3속 보다 증속되어 선기어(S)와 출력축(OS)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달되면서 전진 4속(FD4)의 주행이 이루어진다.

[전진 5속]

전진 5속(FD5)에서는 도 2에서와 같이, 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제1 변속 구동기어(TDG1)와 제1 중간축(CS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.

이에 따라 엔진(ENG)의 일부 회전동력은 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제3 입력축(IS3), 제1 입력 구동기어(IDG1), 제1 입력 피동기어(IPG1), 제1 중간축(CS1), 제1 변속 구동기어(TDG1), 제1 변속 피동기어(TPG1), 제2 중간축(CS2), 중간기어(CG), 제2 변속 피동기어(TPG2)를 통해 유성기어세트(PG)의 링기어(R)로 입력된다.

그리고 엔진(ENG)의 일부 회전동력은 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 제2 입력축(IS2), 제2 입력 구동기어(IDG2), 제2 입력 피동기어(IPG2)를 통해 유성기어세트(PG)의 유성캐리어(PC)로 입력된다.

그러면 유성기어세트(PG)에는 각각 다른 회전수의 회전동력이 링기어(R)와 유성캐리어(PC)로 입력되는데, 이때 유성캐리어(PC)로 입력되는 회전수를 1이라고 할 때, 링기어(R)로 입력되는 회전수가 상기 제4속 보다 더욱 작으므로 제4속 보다 더욱 증속되어 선기어(S)와 출력축(OS)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달되면서 전진 5속(FD5)의 주행이 이루어진다.

[전진 6속]

전진 6속(FD6)에서는 도 2에서와 같이, 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 동력 전달축(TMS2)과 제2 변속 구동기어(TDG2)를 동기 연결하고, 제3 클러치(CL3)와 브레이크(BK)를 작동 제어한다.

그러면 동력 전달축(TMS)이 브레이크(BK) 작동에 의하여 고정됨으로써, 전체가 고정 상태가 된다.

이에 따라 동력 전달축(TMS)에 고정 연결되어 있는 제2 변속 구동기어(TDG2)가 고정되면서 유성기어세트(PG)의 링기어(R)와 고정 연결된 제2 변속 피동기어(TPG2)의 회전을 억제함으로써, 링기어(R)가 고정요소로 작동하게 된다.

상기와 같이 링기어(R)가 고정요소로 작동하고 있는 상태에서 유성기어세트(PG)의 유성캐리어(PC)에는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 엔진(ENG)의 회전동력이 입력된다.

그러면 유성캐리어(PC)로 입력되는 회전수를 1이라고 할 때, 링기어(R)가 고정 상태를 유지함으로써, 제5속 보다 더욱 증속되어 선기어(S)와 출력축(OS)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달되면서 전진 6속(FD6)의 주행이 이루어진다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예는 상기 제1 실시 예에 있어서, 보조 동력원인 모터/제너레이터(MG)를 추가 배치하여 패러럴 하이브리드 모드 및 전기 자동차 모드 주행이 가능하도록 한 것이다.

상기 모터/제너레이터(MG)는 공지와 같이 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 변속기 하우징(H)에 고정되는 스테이터(ST)와, 상기 스테이터(ST)의 반경방향 내측에서 회전 가능하게 지지되는 로터(RT)를 포함하여 이루어진다.

상기 모터/제너레이터(MG)는 엔진(ENG)의 후측에 배치되어 상기 로터(RT)가 엔진(ENG)의 출력축(EOS)과 엔진 클러치(ECL)를 개재시켜 선택적으로 연결되고, 상기 제1 입력축(IS1)과 고정 연결되고, 상기 제2, 제3 입력축(IS2)(IS3)과는 제1, 제3 클러치(CL1)(CL3)를 개재시켜 선택적으로 연결된다.

이에 따라 엔진(ENG)의 구동력에 의하여 주행하고자 할 때에는 엔진 클러치(ECL)가 작동 제어되며, 이때 상기 모터/제너레이터(MG)는 토크 어스시트가 가능하여 패러럴 하이브리드 주행 모드가 가능할 수 있다.

그리고 모터/제너레이터(MG)의 구동력에 의한 전기 자동차 모드(EV)로 주행 하고자 할 때에는 상기 엔진 클러치(ECL)의 작동이 해제된 상태에서 모터/제너레이터(MG)의 구동력만으로 주행이 가능하다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표로서, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에서는 엔진(ENG)의 구동에 의한 전진 6속의 고정 변속단에서는 엔진 클러치(ECL)가 작동되면서 상기 제1 실시 예의 변속 과정과 동일하게 이루어지므로 상세한 설명은 생략하며, 이때 상기 모터/제너레이터(MG)에 의한 토크 어시스트 구동이 가능하므로 패러럴 하이브리드 모드로 주행할 수 있다.

또한, 전기 자동차 모드(EV)에서는 동력원이 엔진(ENG)에서 모터/제너레이터(MG)로 변경될 뿐 전진 6속의 변속 과정은 제1 실시 예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 제1 실시 예에 의한 변속장치는 후진 변속단을 구현할 수 없으나, 제2 실시 예와 같이 모터/제너레이터(MG)를 적용하는 경우에는 전 고정 변속단에서 모터/제너레이터(MG)을 역회전 제어하여 구현할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예는 상기 제2 실시 예와 같이 보조 동력원인 모터/제너레이터(MG)를 추가 배치하되, 상기 모터/제너레이터(MG)를 상기 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3)과 평행 배치하였다.

그리고 모터/제너레이터(MG)의 모터 구동기어(MDG)와, 상기 엔진 출력축(EOS)과 엔진 클러치(ECL)를 개재시켜 선택적으로 연결되는 모터 피동기어(MPG)와의 사이에 아이들 기어(IDG)를 배치하였다.

상기에서 모터 피동기어(MPG)는 상기 제1 입력축(IS1)과 고정 연결되면서 상기 제2, 제3 입력축(IS2)(IS3)과 제3, 제1 클러치(CL3)(CL1)를 개재시켜 선택적으로 연결된다.

이에 따라 엔진(ENG)의 구동력에 의하여 주행하고자 할 때에는 엔진 클러치(ECL)가 작동 제어되며, 이때 상기 모터/제너레이터(MG)는 토크 어스시트가 가능하여 패러럴 하이브리드 주행 모드가 가능할 수 있다.

그리고 모터/제너레이터(MG)의 구동력에 의한 전기 자동차 모드(EV)로 주행 하고자 할 때에는 상기 엔진 클러치(ECL)의 작동이 해제된 상태에서 모터/제너레이터(MG)의 구동력만으로 주행이 가능하다.

상기 제3 실시 예에 의한 변속장치는 상기 제2 실시 예와 비교하여 모터/제너레이터(MG)의 위치만 다를 뿐 변속 과정은 동일하게 이루어지므로 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예는 상기 제1 실시 예와 비교하여 브레이크(BK)의 설치 위치에만 차이가 있을 뿐, 이외의 모든 구성요소 및 각 구성요소의 연결관계는 동일하여 상세한 설명은 생략한다.

즉, 제1 실시 예에서는 동력 전달축(TMS)과 변속기 하우징(H) 사이에 브레이크(BK)가 배치되나, 제4 실시 예에서는 제2 중간축(CS2)과 변속기 하우징(H) 사이에 브레이크(BK)가 배치되어 상기 제2 중간축(CS2) 자체가 선택적으로 회전방향으로 고정될 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표로서, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에서는 전진 6속의 고정 변속단의 변속 과정 중, '전진 6속'을 제외하고, 상기 제1 실시 예의 변속 과정과 동일하게 이루어진다.

전진 6속(FD6)에서는 도 7에서와 같이, 제3 클러치(CL3)와 브레이크(BK)만을 작동 제어한다.

즉, 제1 실시 예와 달리 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 동력 전달축(TMS2)과 제2 변속 구동기어(TDG2)를 동기 연결하지 않고, 제2 중간축(CS2)을 회전방향으로 고정하는 것만으로 제1 실시 예와 동일한 전진 6속을 실현하게 된다.

그러면 제2 중간축(CS2) 상의 출력기어(CG)와 치합된 제2 변속 피동기어(TPG2)를 통해 유성기어세트(PG)의 링기어(R)의 회전이 억제됨으로써, 링기어(R)가 고정요소로 작동하게 된다.

상기와 같이 링기어(R)가 고정요소로 작동하고 있는 상태에서 유성기어세트(PG)의 유성캐리어(PC)에는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 엔진(ENG)의 회전동력이 입력된다.

그러면 유성캐리어(PC)로 입력되는 회전수를 1이라고 할 때, 링기어(R)가 고정 상태를 유지함으로써, 제5속 보다 더욱 증속되어 선기어(S)와 출력축(OS)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달되면서 전진 6속(FD6)의 주행이 이루어진다.

이외에, 전진 1속 내지 전진 5속의 변속 과정은 제1 실시 예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이상에서와 같이 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 듀얼 클러치 변속기에 1개의 유성기어세트와 2개의 싱크로나이저를 적용하여 전진 6속의 고정 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 내부 구성을 간단히 하면서 다단화를 실현하고, 중량을 최소화하여 탑재성과 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제2, 제3 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 상기 제1 실시 예에 있어서, 1개의 모터/제너레이터를 추가 배치하여 다단의 고정 변속단으로 엔진 주행모드, 패러럴 하이브리드 모드, 전기 자동차 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.

BK... 브레이크
CL1,CL2,CL3,CL4... 제1, 제2, 제3, 제4 클러치
CS1, CS2... 제1, 제2 중간축
CT... 복합 변속부
FT1, FT2... 제1, 제2 고정 변속단 변속부
EOS... 엔진 출력축(크랭크 축)
IG1,IG2... 제1, 제2 입력 기어열
IDG1,IDG2... 제1, 제2 입력 구동기어
IPG1,IPG2... 제1, 제2 입력 피동기어
IS1,IS2,IS3, 제1, 제2, 제3 입력축
OG... 출력기어
OS... 출력축
TG1,TG2... 제1, 제2 변속 기어열
TDG1,TDG2... 제1, 제2 변속 구동기어
TPG1,TPG2... 제1, 제2 변속 피동기어
PG... 유성기어세트
SN1,SN2... 제1, 제2 싱크로나이저
TMS... 동력 전달축

Claims (15)

1. 엔진 출력축에 직접 연결되는 제1 입력축;
   중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 전측부 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 상기 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축;
   중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 상기 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제3 입력축;
   중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 후측부 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되어 상기 제1 입력축과 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되는 동력 전달축;
   상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 각각 평행하게 배치되는 제1, 제2 중간축 및 출력축;
   상기 제3 입력축과 제1 중간축에 배치되어 상호 외접 기어 연결되는 제1 입력 기어열을 통해 전달되는 회전동력을 상기 제1, 제2 중간축에 배치되어 상호 외접 기어 연결되는 제1 변속 기어열의 기어비에 따라 선택적으로 변속하여 출력하는 제1 고정 변속단 변속부;
   상기 제1 입력축으로부터 전달되는 회전동력을 제2 변속 기어열을 통해 정회전 출력하거나, 상기 제2 변속 기어열의 회전을 정지시키는 제2 고정 변속단 변속부; 및
   상기 출력축과 고정 연결되는 선기어를 포함하여 3개의 회전요소를 갖는 유성기어세트를 포함하며, 제2 입력 기어열을 통해 입력되는 상기 제2 입력축의 회전동력과, 제2 변속 기어열을 통해 입력되는 상기 제1, 제2 고정 변속단 변속부의 회전동력을 상호 보완적으로 합성 변속하여 출력하는 복합 변속부;
   를 포함하는 차량용 변속장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 고정 변속단 변속부의 제1 입력 기어열은 상기 제3 입력축과 고정 연결되는 제1 입력 구동기어와, 상기 제1 중간축과 고정 연결되어 상기 제1 입력 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 입력 피동기어로 이루어지고,
   상기 제1 고정 변속단 변속부의 제1 변속 기어열은 상기 제1 중간축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 변속 구동기어와, 상기 제2 중간축에 고정 연결되어 상기 제1 변속 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 차량용 변속장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 변속 구동기어는
   제1 싱크로나이저에 의하여 제1 중간축에 선택적으로 동기 연결되는 차량용 변속장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 변속 기어열은 전진 1속과 5속을 위한 기어비로 이루어지는 차량용 변속장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 고정 변속단 변속부는
   상기 동력 전달축에 상기 제1 입력축 외주측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 변속 구동기어를 포함하는 차량용 변속장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 변속 구동기어는
   제2 싱크로나이저에 의하여 선택적으로 동력 전달축과 동기 연결되는 차량용 변속장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 복합 변속부는
   상기 유성기어세트의 링기어가 제2 변속 피동기어와 고정 연결되어 제2 변속 기어열을 통해 제1, 제2 고정 변속단 변속부의 회전동력을 전달받고, 유성캐리어가 제2 입력 피동기어와 고정 연결되어 제2 입력 기어열을 통해 엔진의 회전동력을 전달받고, 선기어가 출력축과 고정 연결됨과 동시에 상기 링기어와 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 입력 기어열은 상기 제2 입력축과 고정 연결되는 제2 입력 구동기어와, 상기 유성캐리어와 고정 연결되어 상기 제2 입력 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 입력 피동기어로 이루어지며,
   상기 제2 변속 기어열은 상기 제2 변속 구동기어와, 상기 제2 중간축에 고정 연결된 중간기어와, 상기 링기어에 고정 연결되어 상기 제2 변속 구동기어와 상기 중간기어에 외접 기어 연결되는 제2 변속 피동기어로 이루어지는 차량용 변속장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 변속 기어열을 형성하는 제2 변속 구동기어와 제2 변속 피동기어는
   전진 2속과 4속을 위한 기어비로 이루어지는 차량용 변속장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 변속장치는
    축과 축 사이 또는 회전요소와 회전요소 사이를 선택적으로 연결하는 4개의 클러치; 및
    축을 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 1개의 브레이크;
    를 더 포함하는 차량용 변속장치,
11. 제10항에 있어서,
    상기 4개의 클러치는
    상기 엔진 출력축과 제3 입력축 사이에 구성되는 제1 클러치;
    상기 제1 입력축과 동력 전달축 사이에 구성되는 제2 클러치;
    상기 엔진 출력축과 제2 입력축 사이에 구성되는 제3 클러치; 및
    상기 유성기어세트의 링기어와 선기어 사이에 구성되는 제4 클러치로 이루어지고,
    상기 1개의 브레이크는
    상기 동력 전달축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 브레이크로 이루어지는 차량용 변속장치.
12. 제10항에 있어서,
    상기 4개의 클러치는
    상기 엔진 출력축과 제3 입력축 사이에 구성되는 제1 클러치;
    상기 제1 입력축과 동력 전달축 사이에 구성되는 제2 클러치;
    상기 엔진 출력축과 제2 입력축 사이에 구성되는 제3 클러치; 및
    상기 유성기어세트의 링기어와 선기어 사이에 구성되는 제4 클러치로 이루어지고,
    상기 1개의 브레이크는
    상기 제2 중간축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 브레이크로 이루어지는 차량용 변속장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입력축 상에 직렬로 연결되고, 엔진 클러치를 통해 상기 엔진 출력축과 선택적으로 연결되며, 제1, 제3 클러치를 통해 상기 제2, 제3 입력축과 각각 선택적으로 연결되는 모터/제너레이터를 더 포함하는 차량용 변속장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되어 모터 구동기어가 아이들 기어를 개재시켜 엔진의 회전동력 전달경로에 배치되는 모터 피동기어와 외접 기어 연결되는 모터/제너레이터를 더 포함하는 차량용 변속장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 모터 피동기어는 상기 제1 입력축과 직렬로 연결되고, 엔진 클러치를 통해 상기 엔진 출력축과 선택적으로 연결되며, 제1, 제3 클러치를 통해 상기 제2, 제3 입력축과 각각 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.

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