KR20200026346A - 차량의 파워트레인 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메인샤프트와; 모터의 동력을 서로 다른 변속비로 상기 메인샤프트에 선택적으로 공급할 수 있도록 구비된 변속유닛과; 상기 메인샤프트에 연결된 디퍼렌셜과; 상기 디퍼렌셜로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트와; 상기 메인샤프트에 제1클러치를 통해 회전 가능하게 설치된 회전링과; 상기 회전링을 상기 변속유닛으로 연결하는 상태와 상기 두 드라이브샤프트 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트로 연결하는 상태를 선택할 수 있도록 구비된 제2클러치를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 파워트레인{POWERTRAIN FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LSD(Limited Slip Differential) 기능을 구비한 차량의 파워트레인 구성에 관한 기술이다.
차량의 파워트레인에 있어서, 디퍼렌셜은 필수적이지만, 저마찰로나 험로 등에서는 오히려 차동작용에 의해 차량의 주행이 불가능해질 수 있으며, 이를 해결하기 위해 파워트레인에 LSD 기능을 구비할 필요가 있다.
상기한 바와 같은 파워트레인은 가급적 간단한 구성을 가지면서도, LSD 기능을 구현할 수 있고 동력 전달 손실이 작아서, 높은 동력전달효율을 확보하는 것이 바람직하다.
상기 발명의 배경이 되는 기술로서 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 10-2012-0118925 A
본 발명은 상기한 바와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로서, 비교적 간단한 구성으로 이루어지면서도 LSD 기능을 구현할 수 있고, 차량의 주행 중 동력 전달 손실을 최소화하여 높은 동력 전달 효율을 확보할 수 있도록 함으로써, 차량의 구동성능과 연비 및 주행거리를 향상시킬 수 있도록 한 차량의 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 파워트레인은
메인샤프트와;
모터의 동력을 서로 다른 변속비로 상기 메인샤프트에 선택적으로 공급할 수 있도록 구비된 변속유닛과;
상기 메인샤프트에 연결된 디퍼렌셜과;
상기 디퍼렌셜로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트와;
상기 메인샤프트에 제1클러치를 통해 회전 가능하게 설치된 회전링과;
상기 회전링을 상기 변속유닛으로 연결하는 상태와 상기 두 드라이브샤프트 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트로 연결하는 상태를 선택할 수 있도록 구비된 제2클러치;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 변속유닛은
상기 모터에 의해 구동되는 회전축에 설치된 1단구동기어 및 2단구동기어와;
상기 1단구동기어 및 2단구동기어에 각각 치합되도록 상기 메인샤프트에 회전 가능하게 설치된 1단피동기어 및 2단피동기어와;
상기 메인샤프트에 상기 1단피동기어가 연결되는 상태 또는 상기 2단피동기어가 연결되는 상태를 선택할 수 있도록 구비된 제3클러치;
을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1클러치는 상기 메인샤프트와 회전링 사이의 마찰력을 연속적으로 가변시킬 수 있는 마찰클러치로 구성될 수 있다.
상기 제2클러치는 변속유닛에서 변속이 완료된 동력이 상기 메인샤프트로 전달되기 전에 상기 회전링으로 전달될 수 있도록 설치될 수 있다.
상기 제2클러치는 상기 변속유닛의 2단피동기어가 상기 회전링과 연결될 수 있도록 설치될 수 있다.
상기 제2클러치와 제3클러치는 중립상태로부터 양측으로 슬리브가 이동됨에 의해 각각 기어치합 상태가 이루어져 동력을 전달하는 기어치합식 클러치 장치로 구성될 수 있다.
상기 제2클러치는 상기 회전링을 슬리브가 축방향으로 직선 슬라이딩 가능하도록 삽입되는 허브로 삼아 구성될 수 있다.
본 발명은 비교적 간단한 구성으로 이루어지면서도 LSD 기능을 구현할 수 있고, 차량의 주행 중 동력 전달 손실을 최소화하여 높은 동력 전달 효율을 확보할 수 있도록 함으로써, 차량의 구동성능과 연비 및 주행거리를 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 파워트레인의 구조를 설명한 도면,
도 2는 도 1의 파워트레인이 구현하는 작동모드를 설명한 도표,
도 3은 도 1의 파워트레인이 1단 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 4는 도 1의 파워트레인이 1단-LSD 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 5는 도 1의 파워트레인이 2단 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 6은 도 1의 파워트레인이 2단-LSD 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 7은 도 1의 파워트레인이 1단에서 2단으로 변속하는 과정을 설명한 도면,
도 8은 도 1의 파워트레인이 2단에서 1단으로 변속하는 과정을 설명한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 파워트레인의 실시예는, 메인샤프트(MS)와; 모터(M)의 동력을 서로 다른 변속비로 상기 메인샤프트(MS)에 선택적으로 공급할 수 있도록 구비된 변속유닛(MU)과; 상기 메인샤프트(MS)에 연결된 디퍼렌셜(DF)과; 상기 디퍼렌셜(DF)로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트와; 상기 메인샤프트(MS)에 제1클러치(CL1)를 통해 회전 가능하게 설치된 회전링(RR)과; 상기 회전링(RR)을 상기 변속유닛(MU)으로 연결하는 상태와 상기 두 드라이브샤프트(DS) 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트로 연결하는 상태를 선택할 수 있도록 구비된 제2클러치(CL2)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 실시예는 상기 변속유닛(MU)에서 변속된 동력을 상기 메인샤프트(MS)를 통해 디퍼렌셜(DF)로 제공하여 상기 두 드라이브샤프트(DS)로 인출할 수 있도록 구성된 기본적인 파워트레인에, 상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2)가 추가되어 LSD의 기능과, 상기 변속유닛(MU)의 변속 시에도 지속적으로 동력이 상기 두 드라이브샤프트(DS)로 전달될 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있도록 한 것이다.
본 실시예에서 상기 선정 드라이브샤프트는 좌측 구동륜으로 연결되는 도면상 좌측의 드라이브샤프트인데, 우측 구동륜으로 연결되는 드라이브샤프트도 상기 선정 드라이브샤프트로 기능하도록 구성할 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서 상기 변속유닛(MU)은 상기 모터(M)에 의해 구동되는 회전축에 설치된 1단구동기어(1D) 및 2단구동기어(2D)와; 상기 1단구동기어(1D) 및 2단구동기어(2D)에 각각 치합되도록 상기 메인샤프트(MS)에 회전 가능하게 설치된 1단피동기어(1P) 및 2단피동기어(2P)와; 상기 메인샤프트(MS)에 상기 1단피동기어(1P)가 연결되는 상태 또는 상기 2단피동기어(2P)가 연결되는 상태를 선택할 수 있도록 구비된 제3클러치(CL3)를 포함하여 구성된다.
상기 제1클러치(CL1)는 상기 메인샤프트(MS)와 회전링(RR) 사이의 마찰력을 연속적으로 가변시킬 수 있는 마찰클러치로 구성된다. 예컨대, 두 마찰디스크 사이에 가해지는 압력에 의해 마찰력을 가변시켜서 전달되는 토크의 양을 조절할 수 있는 건식 또는 습식 디스크클러치 등이 사용될 수 있을 것이다.
상기 제2클러치(CL2)는 변속유닛(MU)에서 변속이 완료된 동력이 상기 메인샤프트(MS)로 전달되기 전에 상기 회전링(RR)으로 전달될 수 있도록 설치된다.
예컨대, 본 실시예에서 상기 제2클러치(CL2)는 상기 변속유닛(MU)의 2단피동기어(2P)가 상기 회전링(RR)과 연결될 수 있도록 설치된 구성이지만, 상기 1단피동기어(1P)가 상기 회전링(RR)과 연결될 수 있도록 구성할 수도 있을 것이다.
상기 제2클러치(CL2)와 제3클러치(CL3)는 중립상태로부터 양측으로 슬리브가 이동됨에 의해 각각 기어치합 상태가 이루어져 동력을 전달하는 기어치합식 클러치 장치로 구성된다.
예컨대, 상기 제2클러치(CL2)와 제3클러치(CL3)는 도그클러치나 싱크로나이저링을 구비한 동기치합장치 등으로 구성될 수 있을 것이다.
또한, 상기 제2클러치(CL2)는 상기 회전링(RR)을 슬리브가 축방향으로 직선 슬라이딩 가능하도록 삽입되는 허브로 삼아 구성될 수 있다.
즉, 상기 회전링(RR) 자체가 허브의 기능을 수행하도록 구성하여, 상기 회전링(RR)의 외측에 삽입된 슬리브가 축방향으로 직선 슬라이딩하면서 상기 2단피동기어(2P)와 회전링(RR)을 연결하는 상태 또는 상기 선정 드라이브샤프트와 회전링(RR)을 연결하는 상태를 선택할 수 있도록 함으로써, 부품수와 중량 저감에 기여할 수 있다.
참고로, 상기 도 1에 도시된 디퍼렌셜(DF)은 Spur-gear differential를 의미하는 것이지만, 이에 한정될 것은 아니고 베벨기어를 사용하는 일반적인 차동장치의 구성이나 유성기어 방식이 사용될 수도 있을 것이다.
또한, 상기 제1클러치(CL1), 제2클러치(CL2) 및 제3클러치(CL3)는 별도의 컨트롤러에 의해 제어되도록 구성된다.
상기한 바와 같이 구성된 차량의 파워트레인은 도 2와 같은 작동모드들을 구현할 수 있다.
도 3은 1단 작동모드를 구현하는 상태로서, 상기 제3클러치(CL3)는 1단피동기어(1P)를 상기 메인샤프트(MS)에 연결한 상태이다.
따라서, 모터(M)의 동력은 상기 1단구동기어(1D)와 1단피동기어(1P)에서 1단 변속비로 변속된 후, 상기 메인샤프트(MS)를 통해 상기 디퍼렌셜(DF)로 전달되어, 결국 상기 두 드라이브샤프트를 통해 도시되지 않은 두 구동륜으로 전달되게 된다.
도 4는 1단-LSD 작동모드를 구현하는 상태로서, 상기 제3클러치(CL3)는 1단피동기어(1P)를 상기 메인샤프트(MS)에 연결하고, 제2클러치(CL2)는 슬리브가 LSD를 선택하여 상기 회전링(RR)을 선정 드라이브샤프트에 연결하고 있으며, 상기 제1클러치(CL1)는 LSD 기능이 필요한 수준만큼 마찰력을 발생시킨다.
따라서, 상기 모터(M)의 동력은 1단 변속비로 변속된 후, 상기 메인샤프트(MS) 및 디퍼렌셜(DF)을 통해 두 드라이브샤프트로 전달되는데, 상기 제1클러치(CL1) 및 제2클러치(CL2)에 의해 상기 선정 드라이브샤프트가 메인샤프트(MS)와 연결되는 정도에 따라 상기 디퍼렌셜(DF)의 차동기능은 제한되며, 상기 제1클러치(CL1)가 완전히 체결된 상태일 때에는 상기 메인샤프트(MS)와 두 드라이브샤프트는 모두 동일한 속도로 회전하여 차동기능이 완전히 제한되게 됨으로써, 차량이 저마찰로나 험로에서도 원활한 주행성능을 발휘할 수 있도록 한다.
물론, 상기한 바와 같은 차동제한 기능은 상기 제1클러치(CL1)의 마찰력을 조절함에 의해 그 정도를 조절할 수 있다.
도 5는 2단 작동모드를 구현하는 상태로서, 상기 제3클러치(CL3)는 상기 2단피동기어(2P)를 상기 메인샤프트(MS)에 연결하여, 상기 모터(M)로부터의 동력이 2단 변속비로 변속된 후, 상기 메인샤프트(MS)를 통해 상기 디퍼렌셜(DF)로 전달되도록 한다.
도 6은 2단-LSD 작동모드를 설명한 것으로서, 상기 제3클러치(CL3)가 도 5와 같이 2단피동기어(2P)를 상기 메인샤프트(MS)에 연결한 상태에서, 상기 제2클러치(CL2)의 슬리브가 LSD를 선택하여, 상기 회전링(RR)이 상기 선정 드라이브샤프트와 연결되도록 하면서, 상기 제1클러치(CL1)로 마찰력을 발생시켜서 상기 디퍼렌셜(DF)의 차동기능을 제한하도록 한다.
도 7은 도 3의 1단 작동모드로부터 도 5의 2단 작동모드로 변속하는 과정을 차례로 설명한 것으로서, 먼저 제2클러치(CL2)의 슬리브가 2단피동기어(2P)에 결합하도록 한 상태에서, 상기 제1클러치(CL1)로 마찰력을 발생시킴으로써, 상기 모터(M)로부터의 동력이 제1클러치(CL1)를 통해서도 디퍼렌셜(DF)로 전달되도록 한다.
다음, 상기 제3클러치(CL3)를 중립으로 해제시키고, 제1클러치(CL1)의 마찰력을 증가시키면서, 모터(M)의 회전속도를 낮추어 2단 속도로 동기화시킨다.
다음, 제3클러치(CL3)로 2단피동기어(2P)를 메인샤프트(MS)에 연결시킨다.
이후, 상기 제1클러치(CL1)의 마찰력을 해제하고 제2클러치(CL2)를 중립상태로 전환하면, 도 5와 같은 2단 작동모드로의 변속이 완료된다.
한편, 도 7은 도 5의 2단 작동모드로부터 도 3의 1단 작동모드로 변속하는 과정을 차례로 설명한 것이다.
먼저, 제2클러치(CL2)로 2단피동기어(2P)를 상기 회전링(RR)에 연결하고 상기 제1클러치(CL1)를 체결한다.
다음, 상기 제3클러치(CL3)를 중립으로 해제한 상태에서, 상기 제2클러치(CL2) 및 제1클러치(CL1)를 통한 동력전달로 2단 주행상태를 유지한다.
다음, 상기 제1클러치(CL1)의 마찰력을 저감시켜서 슬립시키면서, 모터(M)의 회전수를 상승시켜서 1단피동기어(1P)와 메인샤프트(MS)의 회전속도를 동기시킨다.
다음, 제3클러치(CL3)로 1단피동기어(1P)와 메인샤프트(MS)를 연결시킨다.
이후, 상기 제1클러치(CL1)의 마찰력을 완전히 해제시키고, 상기 제2클러치(CL2)를 중립으로 해제하면 도 3의 1단 작동모드로 변속이 완료된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
MS; 메인샤프트
M; 모터
MU; 변속유닛
DF; 디퍼렌셜
CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
CL3; 제3클러치
RR; 회전링
DS; 드라이브샤프트
1D; 1단구동기어
2D; 2단구동기어
1P; 1단피동기어
2P; 2단피동기어

Claims (7)

  1. 메인샤프트와;
    모터의 동력을 서로 다른 변속비로 상기 메인샤프트에 선택적으로 공급할 수 있도록 구비된 변속유닛과;
    상기 메인샤프트에 연결된 디퍼렌셜과;
    상기 디퍼렌셜로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트와;
    상기 메인샤프트에 제1클러치를 통해 회전 가능하게 설치된 회전링과;
    상기 회전링을 상기 변속유닛으로 연결하는 상태와 상기 두 드라이브샤프트 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트로 연결하는 상태를 선택할 수 있도록 구비된 제2클러치;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속유닛은
    상기 모터에 의해 구동되는 회전축에 설치된 1단구동기어 및 2단구동기어와;
    상기 1단구동기어 및 2단구동기어에 각각 치합되도록 상기 메인샤프트에 회전 가능하게 설치된 1단피동기어 및 2단피동기어와;
    상기 메인샤프트에 상기 1단피동기어가 연결되는 상태 또는 상기 2단피동기어가 연결되는 상태를 선택할 수 있도록 구비된 제3클러치;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1클러치는 상기 메인샤프트와 회전링 사이의 마찰력을 연속적으로 가변시킬 수 있는 마찰클러치로 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2클러치는 변속유닛에서 변속이 완료된 동력이 상기 메인샤프트로 전달되기 전에 상기 회전링으로 전달될 수 있도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2클러치는 상기 변속유닛의 2단피동기어가 상기 회전링과 연결될 수 있도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2클러치와 제3클러치는 중립상태로부터 양측으로 슬리브가 이동됨에 의해 각각 기어치합 상태가 이루어져 동력을 전달하는 기어치합식 클러치 장치로 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2클러치는 상기 회전링을 슬리브가 축방향으로 직선 슬라이딩 가능하도록 삽입되는 허브로 삼아 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.

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