KR20200060607A - 차량의 파워트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력을 입력 받는 입력축과; 상기 입력축에 구비된 구동기어들과; 상기 입력축에 평행하게 배치되고 디퍼렌셜이 연결된 출력축과; 상기 구동기어들과 치합되어 각각 변속단을 형성하도록 상기 출력축에 회전 가능하게 설치된 피동기어들과; 상기 피동기어들 중 서로 인접한 2개의 피동기어인 제1피동기어와 제2피동기어를 상기 출력축에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 구비된 제1클러치와; 상기 피동기어들 중의 하나인 제3피동기어와 상기 제1피동기어를 상기 출력축에 선택적으로 연결시키기 위해 구비된 제2클러치와; 상기 제2클러치의 허브를 상기 출력축에 연결시킬 수 있도록 구비된 제3클러치와; 상기 디퍼렌셜로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트와; 상기 두 드라이브샤프트 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트와 상기 제2피동기어를 상기 출력축에 선택적으로 연결시키기 위해 구비된 제4클러치와; 상기 제4클러치의 허브를 상기 출력축에 연결시킬 수 있도록 구비된 제5클러치를 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,

동력을 입력 받는 입력축과;

상기 입력축에 구비된 구동기어들과;

상기 입력축에 평행하게 배치되고 디퍼렌셜이 연결된 출력축과;

상기 구동기어들과 치합되어 각각 변속단을 형성하도록 상기 출력축에 회전 가능하게 설치된 피동기어들과;

상기 피동기어들 중 서로 인접한 2개의 피동기어인 제1피동기어와 제2피동기어를 상기 출력축에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 구비된 제1클러치와;

상기 피동기어들 중의 하나인 제3피동기어와 상기 제1피동기어를 상기 출력축에 선택적으로 연결시키기 위해 구비된 제2클러치와;

상기 제2클러치의 허브를 상기 출력축에 연결시킬 수 있도록 구비된 제3클러치와;

상기 디퍼렌셜로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트와;

상기 두 드라이브샤프트 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트와 상기 제2피동기어를 상기 출력축에 선택적으로 연결시키기 위해 구비된 제4클러치와;

상기 제4클러치의 허브를 상기 출력축에 연결시킬 수 있도록 구비된 제5클러치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1클러치와 제2클러치 및 제4클러치는 기어치합식 클러치로 구성되고;

상기 제3클러치 및 제5클러치는 마찰클러치로 구성될 수 있다.

상기 제1클러치는 중립상태에서는 제1슬리브가 허브를 통해 상기 출력축에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제1피동기어를 상기 출력축에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 제2피동기어를 상기 출력축에 연결하는 상태를 형성하도록 구성될 수 있다.

상기 제2클러치는 중립상태에서는 제2슬리브가 상기 제3클러치에 연결된 허브에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제3피동기어를 상기 제3클러치에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 제1피동기어를 상기 제3클러치에 연결하는 상태를 형성하도록 구성될 수 있다.

상기 제4클러치는 중립상태에서는 제4슬리브가 상기 제5클러치에 연결된 허브에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제2피동기어를 상기 제5클러치에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 선정 드라이브샤프트를 상기 제5클러치에 연결하는 상태를 형성하도록 구성될 수 있다.

상기 구동기어들과 피동기어들에 의해 구현되는 일련의 변속단들 중, 상기 제1피동기어는 가장 큰 변속비를 가지는 1단 변속단을 구현하는 1단피동기어이고, 상기 제2피동기어는 2단 변속단을 구현하는 2단피동기어이며, 상기 제3피동기어는 3단 변속단을 구현하는 3단피동기어로 구성할 수 있다.

상기 구동기어들과 피동기어들에 의해 구현되는 일련의 변속단들 중, 상기 제3피동기어는 가장 큰 변속비를 가지는 1단 변속단을 구현하는 1단피동기어이고, 상기 제2피동기어는 2단 변속단을 구현하는 2단피동기어이며, 상기 제1피동기어는 3단 변속단을 구현하는 3단피동기어로 구성할 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 1단 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 파워트레인이 1단-LSD 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 4는 도 1의 파워트레인이 2단 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 5는 도 1의 파워트레인이 2단-LSD 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 6은 도 1의 파워트레인이 1단에서 2단으로 변속하는 과정을 설명한 도면,
도 7은 도 1의 파워트레인이 3단 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 8은 도 1의 파워트레인이 3단-LSD 작동모드를 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 파워트레인의 실시예는, 동력을 입력 받는 입력축(IN)과; 상기 입력축(IN)에 구비된 구동기어들과; 상기 입력축(IN)에 평행하게 배치되고 디퍼렌셜(DF)이 연결된 출력축(OUT)과; 상기 구동기어들과 치합되어 각각 변속단을 형성하도록 상기 출력축(OUT)에 회전 가능하게 설치된 피동기어들과; 상기 피동기어들 중 서로 인접한 2개의 피동기어인 제1피동기어(P1)와 제2피동기어(P2)를 상기 출력축(OUT)에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 구비된 제1클러치(CL1)와; 상기 피동기어들 중의 하나인 제3피동기어(P3)와 상기 제1피동기어(P1)를 상기 출력축(OUT)에 선택적으로 연결시키기 위해 구비된 제2클러치(CL2)와; 상기 제2클러치(CL2)의 허브를 상기 출력축(OUT)에 연결시킬 수 있도록 구비된 제3클러치(CL3)와; 상기 디퍼렌셜(DF)로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트(DS)와; 상기 두 드라이브샤프트(DS) 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트(DS)와 상기 제2피동기어(P2)를 상기 출력축(OUT)에 선택적으로 연결시키기 위해 구비된 제4클러치(CL4)와; 상기 제4클러치(CL4)의 허브를 상기 출력축(OUT)에 연결시킬 수 있도록 구비된 제5클러치(CL5)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 상기 다수의 구동기어들과 피동기어들이 구현하는 일련의 변속단 동력이 상기 출력축(OUT)을 통하여 디퍼렌셜(DF)로 전달되면 상기 두 드라이브샤프트(DS)로 구동륜에 전달할 수 있도록 구성된 파워트레인에, 상기 제4클러치(CL4)와 제5클러치(CL5)를 추가하여, LSD 기능의 수행이 가능하도록 한 것이다.

본 실시예에서 상기 선정 드라이브샤프트(DS)는 도면상 좌측 구동륜으로 연결되는 좌측의 드라이브샤프트(DS)인데, 우측 구동륜으로 연결되는 드라이브샤프트(DS)도 상기 선정 드라이브샤프트(DS)로 기능하도록 구성할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2) 및 제4클러치(CL4)는 기어치합식 클러치로 구성되고; 상기 제3클러치(CL3) 및 제5클러치(CL5)는 마찰클러치로 구성된다.

상기 마찰클러치는 클러치의 결합력을 조절함에 의해 클러치의 마찰력이 변화하고, 이에 의해 클러치를 통해 전달되는 토크가 연속적으로 가변될 수 있는 건식 또는 습식 클러치 등이 될 수 있으며, 상기 기어치합식 클러치는 도그클러치나 동기장치 등과 같이 기어가 치합된 상태에 의해 동력을 전달하고, 일단 기어가 치합된 상태에서는 별도로 치합 상태를 유지하기 위한 외부 동력을 요구하지 않는 방식의 클러치를 의미한다.

상기 제1클러치(CL1)는 중립상태에서는 제1슬리브(SB1)가 허브를 통해 상기 출력축(OUT)에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축(OUT)의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제1피동기어(P1)를 상기 출력축(OUT)에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 제2피동기어(P2)를 상기 출력축(OUT)에 연결하는 상태를 형성하도록 구성된다.

상기 제2클러치(CL2)는 중립상태에서는 제2슬리브(SB2)가 상기 제3클러치(CL3)에 연결된 허브에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축(OUT)의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제3피동기어(P3)를 상기 제3클러치(CL3)에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 제1피동기어(P1)를 상기 제3클러치(CL3)에 연결하는 상태를 형성하도록 구성된다.

상기 제4클러치(CL4)는 중립상태에서는 제4슬리브(SB4)가 상기 제5클러치(CL5)에 연결된 허브에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축(OUT)의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제2피동기어(P2)를 상기 제5클러치(CL5)에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 선정 드라이브샤프트(DS)를 상기 제5클러치(CL5)에 연결하는 상태를 형성하도록 구성된다.

물론, 상기 제1클러치(CL1)의 제1슬리브(SB1)와 제2클러치(CL2)의 제2슬리브(SB2) 및 제4클러치(CL4)의 제4슬리브(SB4)는 각각 별도의 직선 변위를 형성하는 액츄에이터에 의해 구동되는 쉬프트포크들에 의해 상기 출력축(OUT)의 축방향을 따라 직선 슬라이딩하여 상기한 바와 같은 상태들의 변화를 구현하도록 구성된다.

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), 제3클러치(CL3), 제4클러치(CL4) 및 제5클러치(CL5)는 별도의 컨트롤러에 의해 제어되도록 구성된다.

본 실시예에서, 상기 제1피동기어(P1)는 상기 구동기어들과 피동기어들에 의해 구현되는 일련의 변속단들 중, 가장 큰 변속비를 가지는 1단 변속단을 구현하는 1단피동기어이고, 상기 제2피동기어(P2)는 2단 변속단을 구현하는 2단피동기어이며, 상기 제3피동기어(P3)는 3단 변속단을 구현하는 3단피동기어이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명 실시예의 파워트레인이 구현하는 변속단들의 작동을 살펴본다.

도 2는 1단 변속단을 구현하는 상태를 도시한 것으로서, 제1클러치(CL1)의 제1슬리브(SB1)가 1단피동기어를 상기 출력축(OUT)에 연결하고 있어서, 상기 입력축(IN)으로 입력된 동력은 상기 1단피동기어를 통해 1단으로 변속되어 디퍼렌셜(DF)을 거쳐 양쪽 드라이브샤프트(DS)로 인출된다.

도 3은 1단-LSD 작동모드를 도시한 것으로서, 도 2와 같은 1단 구현상태에서, 상기 제4클러치(CL4)의 제4슬리브(SB4)로 상기 선정 드라이브샤프트(DS)를 상기 제4클러치(CL4)의 허브에 연결시키고, 상기 제5클러치(CL5)의 마찰력을 제어하여 요구되는 수준의 차동제한 기능을 발휘하도록 한다.

도 4는 2단 작동모드를 도시한 것으로서, 상기 제1클러치(CL1)의 제1슬리브(SB1)가 2단피동기어를 상기 출력축(OUT)에 연결시킴으로써, 상기 입력축(IN)으로 입력된 동력은 상기 2단피동기어를 통해 2단으로 변속되어 상기 디퍼렌셜(DF)을 거쳐 양쪽 드라이브샤프트(DS)로 인출되는 상태이다.

도 5는 2단-LSD 작동모드를 도시한 것으로서, 도 4의 상태로부터 상기 제4슬리브(SB4)를 좌측으로 이동시켜서 상기 선정 드라이브샤프트(DS)를 상기 제4클러치(CL4)의 허브에 연결시킨 후, 상기 제5클러치(CL5)의 마찰력을 요구되는 수준의 차동제한 기능에 맞추어 조절함으로써, 적절한 수준의 차동제한 기능을 수행한다.

도 6은 도 2의 1단 작동모드로부터 도 4의 2단 작동모드로 변속하는 과정을 설명한 것으로서, 도 2의 상태로부터 도 6의 첫째 도면과 같이 제2슬리브(SB2)로 1단피동기어를 제2클러치(CL2)의 허브에 연결시키고 상기 제3클러치(CL3)를 체결한 후, 두번째 도면과 같이 제1슬리브(SB1)를 중립으로 해제하여, 상기 제2슬리브(SB2)와 제3클러치(CL3)를 통해 1단을 구현하는 상태를 형성한다.

이후, 세번째 도면과 같이 상기 제4클러치(CL4)의 제4슬리브(SB4)로 상기 2단피동기어를 상기 제4클러치(CL4)의 허브에 연결시킨 상태에서 상기 제5클러치(CL5)를 체결함과 동시에 제3클러치(CL3)를 해제하여 소위 CLUTCH TO CLUTCH 변속으로 2단으로의 변속을 수행하여, 변속 단절감이 발생하지 않도록 한다.

이후에는 제1슬리브(SB1)로 2단피동기어를 출력축(OUT)에 연결시킨 후 상기 제4클러치(CL4)를 중립으로 해제하고 상기 제5클러치(CL5)의 결합력도 해제시키면, 도 4와 같은 2단 주행상태가 형성되는 것이다.

물론, 2단에서 1단으로의 변속은 상기 변속순서의 역순으로 진행한다.

도 7은 3단을 구현하는 상태를 도시한 것으로서, 상기 제2클러치(CL2)의 제2슬리브(SB2)를 3단피동기어로 결합시키고 상기 제3클러치(CL3)를 체결하여, 상기 입력축(IN)의 동력이 3단피동기어와 제2클러치(CL2) 및 제3클러치(CL3)를 통하여 출력축(OUT)으로 3단 변속비를 형성하면서 인출된다.

도 3은 3단-LSD 작동모드를 설명한 것으로서, 도 7과 같은 상태에서 상기 제4클러치(CL4)의 제4슬리브(SB4)가 상기 선정드라이브샤프트(DS)에 결합되도록 한 후, 상기 제5클러치(CL5)의 마찰력을 제어하여 원하는 수준의 차동 제한 기능을 발휘하도록 한다.

한편, 도 9는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 다른 구성은 상기 도 1의 실시예와 동일하지만, 상기 1단피동기어와 3단피동기어의 위치가 바뀐 구성이다.

즉, 상기 구동기어들과 피동기어들에 의해 구현되는 일련의 변속단들 중, 상기 제3피동기어(P3)는 가장 큰 변속비를 가지는 1단 변속단을 구현하는 1단피동기어이고, 상기 제2피동기어(P2)는 2단 변속단을 구현하는 2단피동기어이며, 상기 제1피동기어(P1)는 3단 변속단을 구현하는 3단피동기어인 것이다.

이와 같은 구성은 상기 도 1의 실시예에 비하여 고속주행 연비가 우수한 장점이 있다.

즉, 3단 주행을 구현하기 위해, 도 1의 실시예에서는 상기 제3클러치(CL3)를 체결하고 있어야 하지만, 도 9의 실시예에서는 반대로 1단을 구현하기 위해 제3클러치(CL3)를 체결하고 있어야 하고, 3단 구현 시에는 제3클러치(CL3)를 체결하지 않기 때문에, 3단의 고속주행 시 마찰클러치인 제3클러치(CL3)를 계속 체결상태로 유지하는 데에 소요되는 에너지의 저감이 가능하여 연비를 향상시키는 것이다.

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.

IN; 입력축
OUT; 출력축
DF; 디퍼렌셜
DS; 드라이브샤프트
P1; 제1피동기어
P2; 제2피동기어
P3; 제3피동기어
CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
CL3; 제3클러치
CL4; 제4클러치
CL5; 제5클러치
SB1; 제1슬리브
SB2; 제2슬리브
SB4; 제4슬리브

Claims (7)

1. 동력을 입력 받는 입력축과;
   상기 입력축에 구비된 구동기어들과;
   상기 입력축에 평행하게 배치되고 디퍼렌셜이 연결된 출력축과;
   상기 구동기어들과 치합되어 각각 변속단을 형성하도록 상기 출력축에 회전 가능하게 설치된 피동기어들과;
   상기 피동기어들 중 서로 인접한 2개의 피동기어인 제1피동기어와 제2피동기어를 상기 출력축에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 구비된 제1클러치와;
   상기 피동기어들 중의 하나인 제3피동기어와 상기 제1피동기어를 상기 출력축에 선택적으로 연결시키기 위해 구비된 제2클러치와;
   상기 제2클러치의 허브를 상기 출력축에 연결시킬 수 있도록 구비된 제3클러치와;
   상기 디퍼렌셜로부터 서로 대향되는 방향으로 동력을 인출하도록 설치된 두 드라이브샤프트와;
   상기 두 드라이브샤프트 중 어느 하나인 선정 드라이브샤프트와 상기 제2피동기어를 상기 출력축에 선택적으로 연결시키기 위해 구비된 제4클러치와;
   상기 제4클러치의 허브를 상기 출력축에 연결시킬 수 있도록 구비된 제5클러치;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1클러치와 제2클러치 및 제4클러치는 기어치합식 클러치로 구성되고;
   상기 제3클러치 및 제5클러치는 마찰클러치로 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1클러치는 중립상태에서는 제1슬리브가 허브를 통해 상기 출력축에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제1피동기어를 상기 출력축에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 제2피동기어를 상기 출력축에 연결하는 상태를 형성하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2클러치는 중립상태에서는 제2슬리브가 상기 제3클러치에 연결된 허브에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제3피동기어를 상기 제3클러치에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 제1피동기어를 상기 제3클러치에 연결하는 상태를 형성하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제4클러치는 중립상태에서는 제4슬리브가 상기 제5클러치에 연결된 허브에만 치합된 상태를 이루고, 상기 출력축의 축방향을 따라 일측으로 이동되면 상기 제2피동기어를 상기 제5클러치에 연결하는 상태를 형성하며, 타측으로 이동되면 상기 선정 드라이브샤프트를 상기 제5클러치에 연결하는 상태를 형성하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 구동기어들과 피동기어들에 의해 구현되는 일련의 변속단들 중, 상기 제1피동기어는 가장 큰 변속비를 가지는 1단 변속단을 구현하는 1단피동기어이고, 상기 제2피동기어는 2단 변속단을 구현하는 2단피동기어이며, 상기 제3피동기어는 3단 변속단을 구현하는 3단피동기어인 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 구동기어들과 피동기어들에 의해 구현되는 일련의 변속단들 중, 상기 제3피동기어는 가장 큰 변속비를 가지는 1단 변속단을 구현하는 1단피동기어이고, 상기 제2피동기어는 2단 변속단을 구현하는 2단피동기어이며, 상기 제1피동기어는 3단 변속단을 구현하는 3단피동기어인 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
   

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