KR20230028173A - 유성기어 타입의 동력전달 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 동력전달 제어장치에 관한 것으로서, 내부에 유성기어 세트와 브레이크들을 구비하여 동력을 전달하거나 차단하고 차동기 양단의 구동저항을 변화시켜 특히 엔진이나 파워팩의 출력 감소없이 차량 자세를 제어하여 차량 주행 안정화를 도모할 수 있으며 타이트 코너 브레이킹 현상을 해결할 수 있도록 제어하는 제 1 제어 홀, 제 2 제어 홀, 제 3 제어 홀 을 포함한다.

Description

유성기어 타입의 동력전달 제어장치{Apparatus for controlling power transmission of vehicle}
본 발명은 차량의 동력전달 제어장치에 관한 것으로서, 특히 엔진이나 파워팩의 출력 감소없이 차량 자세를 제어하여 차량 주행 안정화를 도모할 수 있는 차량의 동력전달 제어장치에 관한 것이다.
차동기(디퍼렌셜)는 그 양단에 걸리는 저항에 따라 회전수가 바뀌는 것으로, 차량의 선회를 위한 필수 장치이다. 그런데 미끄러운 노면에 휠이 접촉하여 차동기 한쪽의 저항이 낮아지는 휠 슬립(wheel slip)이 발생하면 반대쪽으로 동력이 전달되지 않아 차량의 구동력이 상실된다. 그리고 사륜 구동 차량의 경우는 프론트 차축(front axle)과 리어 차축(rear axle) 각각에 차동기가 장착되는 바, 이륜 구동 차량에 비해 그 증상이 더욱 심하다. 이러한 증상을 해결하기 위한 방안으로 토크벡터링이 잘 알려져 있는데, 토크벡터링이라 함은 차동기 양단에 걸리는 저항을 제어하여 출력 회전수가 바뀌도록 함으로써 차량의 차체 자세 제어를 가능하게 한 것을 말한다.
그러나 엔진의 동력이 차동기를 거쳐 차축을 통해 휠까지 전달되는 동력 전달 구조를 가지므로, 엔진 출력을 낮추거나 제동력으로 차량의 자세를 제어하는 종래 방식으로는 한계가 있으며 주행 성능이 저하된다. 종래 방식은 프론트 차축과 리어 차축 중에서 한쪽 차축의 동력을 차단하거나, 프론트 차축과 리어 차축 간에 추가로 장착되는 센터 차동기를 두거나, 차체의 제동력을 이용하거나, 토크벡터링으로 제어를 하였으나, 엔진의 동력이 차동기를 거쳐 휠까지 직결되어 있어 동력을 전달하려는 엔진 및 동력 전달 장치와 제동장치가 함께 작동하는 구조상 주행 성능 저하가 불가피하다.
한편, 사륜 구동 차량은 사륜 구동 상태로 주행하는 경우, 전륜과 후륜의 회전수가 일정하기 때문에 건조한 포장로를 주행하거나 주행시 급회전조작을 할 때에는 전륜의 중심반경과 후륜의 중심반경의 선회 반경차가 타이어회전수차 및 구동축회전차로 전이되어 전륜에는 브레이크가 걸리는 느낌이 들고 후륜은 공전하는 느낌이 드는 이른바 타이트 코너 브레이킹(tight corner braking) 현상이 발생되어 차량의 코너링성능을 저하시키게 된다. 이러한 타이트 코너 브레이킹 현상은 구동장치들과 앞뒤 차동장치 등에 심각한 손상을 줄 수 있고 내구성을 떨어트리는 원인이 되며 선회 범위가 반경이 작을수록 이 현상은 더욱 잘 나타난다.
대한민국 공개특허 제10-2020-0042597호 '자동차용 토크 백터링 시스템'
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 엔진이나 파워팩의 출력 감소없이 차량 자세를 제어하여 차량 주행 안정화를 도모할 수 있으며, 타이트 코너 브레이킹 현상을 해결할 수 있는 차량의 동력전달 제어장치를 제공함에 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치는, 차동기 양단에 장착되며 하우징 내부에 유성기어와 브레이크들이 차동기의 차동을 제어하거나 동력전달을 차단하여 차량의 자세제어에 사용될 수 있다.
유성기어는 선기어, 유성기어 캐리어, 링기어의 3요소가 있는데 이중 한 요소를 고정하면 나머지 한 요소가 동력전달의 입력, 나머지가 동력전달의 출력으로 구성될 수 있다. 이와 같이 한 요소를 고정 했을 때의 동력전달을 기어비와 속도비들 계산하기 쉬우나 아무 요소도 고정되지 않았을 때는 한 요소에서 동력이 전달되면 나머지 두 요소에 동력이 전달되거나 두 요소에서 동력이 전달되어 한 요소로 동력이 출력되기도 하는 등 구성을 다양화 할 수 있다.
본 발명도 이러한 특성을 이용하여 동력전달의 양단을 동기화 하는 방법으로 차단기와 감쇄기를 구성하였다.
유성기어 요소의 모든 구속을 풀어서 동력 전달을 차단하는 차단기를 구성한다. 하지만 이때 차동기의 양단에서 동력이 입력되는 선기어는 모든 구동저항을 잃고 더 빠른 속도로 회전하게 되므로 선기어를 제동 제어하여 입력 속도를 제어하고 차동기 반대쪽의 동력전달에 관여한다.
유성기어 세트의 나머지 요소인 노면과 접촉하는 휠에 연결된 유성기어 캐리어와 선기어의 속도 차이를 링기어 드럼으로 전달하는 방법으로 두 방향의 동력 입력을 나머지를 링기어로 출력하는 방법으로 상쇄시키다가 계속되는 선기어의 제동 제어로 선기어와 유성기어 캐리어가 기어비에 맞게 동기화가 발생하면 링기어 드럼의 회전이 거의 정지하는 상태가 되며 다시 링기어 드럼을 브레이크로 고정하면 제어가 완료된다.
본 발명에 따르면 본 장치는 차동기 양단에 장착되며 하우징 내부에 유성기어와 브레이크가 차동기의 차동을 제어하거나 동력전달을 차단하여 차량의 자세제어에 사용될 수 있다. 선기어의 입력과 유성기어 캐리어의 출력 간에 속도차가 발생하여도 충격이 발생하지 않고 링기어 방향으로 잉여의 동력을 전달하여 장치의 내구성을 향상시키며 이때 본 발명인 동력전달 제어장치는 선기어의 속도제어를 통하여 차동기 반대편의 속도를 제어할 수 있고 또한 조향 휠 각도나 차량속도를 참조하여 최대 2배까지 동력전달 속도를 증속할 수 있으므로 4륜구동차량에서 선회시 최대 3개 이상의 휠이 최적의 회전속도로 선회 할 수 있어서 이러한 본 발명의 제어를 통해, 엔진이나 파워팩의 출력 감소없이 차량 자세를 제어하여 차량 주행 안정화를 도모할 수 있으며 타이트 코너 브레이킹 현상을 해결할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치를 보여주는 사시도,
도 3은 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치를 보여주는 측면도,
도 4는 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치를 보여주는 단면도,
도 5는 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치를 보여주는 분해도,
도 6은 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치의 제 2 제어 홀에 작동유가 유입되었을 때의 작동을 보여주는 예시도,
도 7은 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치의 제 1 제어 홀에 작동유가 유입되었을 때의 작동을 보여주는 예시도,
도 8은 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치의 제 1 제어 홀과 제 3제어 홀에 작동유가 유입되었을 때의 작동을 보여주는 예시도,
도 9는 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치의 제 2 제어 홀에 작동유가 유입되었을 때 유성기어의 작동방향을 보여주는 예시도.
도 10는 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치의 제 1 제어 홀에 작동유가 유입되었을 때 유성기어의 작동방향을 보여주는 예시도.
도 11는 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치의 제 1 제어 홀과 제 3 제어 홀에 작동유가 유입되었을 때 유성기어의 작동방향을 보여주는 예시도.
도 12는 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치의 선기어와 링기어 드럼 의 속도가 동기화 되었을 때 유성기어의 작동방향을 보여주는 예시도.
본 발명에서는 엔진이나 파워팩의 출력 감소없이 차량 자세를 제어하여 차량 주행 안정화를 도모할 수 있으며 타이트 코너 브레이킹 현상을 해결할 수 있도록, 내부가 비고 입력축(200)과 출력커버(300)가 마주하게 형성된 하우징(100); 일단부가 하우징(100)내에 구비되고 외부로부터 동력을 전달 받아 회전하는 입력축(200); 입력축(200)에 가공된 스플라인에 결합되는 선기어 제동 디스크 셋(200b)의 구동디스크(200d); 선기어 제동 디스크 셋의 피동 디스크(200c)가 결합되는 스플라인을 가지는 제 2커버(100b); 제 2커버의 내부에 구비되고 선기어 제동 디스크 셋(200b)을 작동시키는 제 3 제어 홀(141)에 유압이 작용시 출력커버(300) 방향으로 가압되어 선기어 제동 디스크 셋(200b)을 제동하는 선기어 제동 피스톤(200e); 동력을 전달 받는 입력축(200)의 일단에 결합되고 유성기어 세트에 동력을 전달하는 선기어(200a); 선기어(200a)의 동력을 전달받아 링기어 드럼(400)의 고정시 감속 출력되는 유성기어 캐리어(300a)와 결합딘 출력커버(300); 링기어 드럼(400)의 외부에 형성된 스플라인과 하우징(100) 안쪽의 스플라인 사이에 결합되는 링기어 제동디스크 셋(400a); 장치의 가동과 동시에 제 2 제어 홀(132)에 유압이 공급될 때 링기어 제동디스크를 작동시키는 링기어 피스톤(400c); 출력커버(300)에 연결된 차량의 휠이 미끄러질 때 차단기로 작용하는 링기어의 구속을 해제하는 제 1 제어 홀(131); 을 통해, 엔진이나 파워팩의 출력 감소없이 차량 자세를 제어하여 차량 주행 안정화를 도모할 수 있으며 타이트 코너 브레이킹 현상을 해결할 수 있다.
본 발명인 차량의 동력전달 제어장치는, 차동기 양단에 장착되며 하우징 내부에 유성기어와 브레이크들이 차동기의 차동을 제어하거나 동력전달을 차단하여 차량의 자세제어에 사용될 수 있다. 유성기어(300b)는 4개 구성으로 유성기어 캐리어(300a)에 결합되어서 선기어(200a), 링기어 드럼(400)과 함께 유성기어 세트를 구성한다. 제어가 없는 보통의 경우 링기어 드럼(400)은 링기어 제동 디스크 셋(400a)에 의해 하우징(100)과 제동되어 동력이 입력되는 선기어(200a)가 구동되면 링기어 드럼(400)이 고정되어 있으므로 기어비에 따라 감속되어 동력이 출력되는 유성기어 캐리어(300a)에 부착된 출력커버(300)가 노면과 접촉한 자동차의 휠을 구동시킨다.
자동차의 휠 중 한 휠이 미끄러져서 제어의 필요가 생기면 제 1 제어 홀에 작동유가 유입되어 링기어 드럼(400)의 구속하고 있던 링기어 제동 디스크 셋을 해제하면 도 7 또는 도 10과 같이 작은 기어인 선기어(200a)가 구동 저항이 더 작아져 더욱더 빠른 속도로 회전하게 되고 이 상태에서는 차동기 반대편으로 동력 전달이 불가능하다. 이때 선기어 제동 디스크 셋(200b)을 작동시키는 제 3 제어 홀에 작동유가 유입되어 도 8 또는 도 11과 같이 선기어(200a)가 제동 제어 되면서 선기어(200a)가 결합된 차동기 반대편의 속도가 제어 되며, 이 때 선기어(200a)와 유성기어 캐리어(300a)의 과도적인 속도차이는 링기어 드럼(400)의 회전으로 상쇄되며 양단의 속도차이를 흡수한다.
선기어 제동 디스크 셋(200b)의 속도 제어로 선기어(200a)와 유성기어 캐리어(300a)의 속도가 같아지면 도 12와 같이 링기어 드럼(400)의 회전은 최소화 되며 이때 제 2 제어 홀에 작동유가 다시 유입되어 링기어 드럼(400)은 링기어 제동 디스크 셋(400a)에 의해 하우징(100)과 제동되어 동력이 입력되는 선기어(200a)가 구동되면 링기어 드럼(400)이 고정되어 있으므로 기어비에 따라 감속되어 동력이 출력되는 유성기어 캐리어(300a)에 부착된 출력커버(300)가 노면과 접촉한 자동차의 휠을 구동시킨다.
상술한 바와 같은 본 발명인 차량의 동력전달 제어장치는, 유압을 통한 제어를 통해, 엔진이나 파워팩의 출력 감소없이 차량 자세를 제어하여 차량 주행 안정화를 도모할 수 있다. 구체적인 일 예로, 입력축(200) 및 출력 커버(300) 간의 동력 전달을 차단하고 입력축(200)의 회전속도를 감소시켜 차량 주행을 안정화시킬 수 있다. 여기서, 차량 주행 안정화가 요구되는 경우는, 휠 슬립(wheel slip)이나, 타이트 코너 브레이킹(tight corner breaking)일 수 있다.
또한, 휠 슬립이나 타이트 코너 브레이킹 외에 일반적인 코너링 선회와 같은 경우에도 차량 자세 제어를 통한 주행안정화가 요구될 수 있는데, 이러한 경우에는 입력축(200) 및 출력축(300) 간의 동력 전달을 차단하지 않고 입력축(200)의 회전속도만을 감소시켜 차량 주행을 안정화시킬 수도 있다.
100 : 하우징 100a : 제 1 커버
100b : 제 2 커버 100c : 제 3 커버
131 : 제 1 제어 홀 132 : 제 2 제어 홀
141 : 제 3 제어 홀
200 : 입력축 200a : 선기어
200b : 선기어 제동 디스크 셋
200c : 선기어 피동 디스크 200d : 선기어 구동 디스크
200e : 선기어 제동 피스톤
300 : 출력 커버 300a : 유성기어 캐리어
300b : 유성기어a
400 : 링기어 드럼 400a : 링기어 제동디스크 셋
400b : 링기어 제동 압력판 400c : 링기어 제동 피스톤

Claims (6)

  1. 입력축(200)과 출력커버(300)가 마주하게 형성된 하우징(100);
    일단부가 하우징(100)내에 구비되고 외부로부터 동력을 전달 받아 회전하는 입력축(200);
    입력축(200)에 가공된 스플라인에 결합되는 선기어 제동 디스크 셋(200b)의 구동디스크(200d);
    선기어 제동 디스크 셋(200b)의 피동 디스크(200c)가 결합되는 스플라인을 가지는 제 2 커버(100b);
    동력을 전달 받는 입력축(200)의 일단에 결합되고 유성기어 세트에 동력을 전달하는 선기어(200a);
    선기어(200a)의 동력을 전달받아 링기어 드럼(400)의 고정시 감속 출력되는 유성기어 캐리어(300a)와 결합된 출력커버(300);
    링기어 드럼(400)의 외부에 형성된 스플라인과 하우징(100) 안쪽의 스플라인 사이에 결합되는 링기어 제동디스크 셋(400a);
    제 1 제어 홀(131);
    제 2 제어 홀(132);
    제 3 제어 홀(141); 을 포함하는
    것을 특징으로 하는 차량의 동력전달 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 제 1 제어 홀(131); 은 출력커버(300)에 연결된 차량의 휠이 미끄러질 때 링기어 드럼(400)의 구속을 해제하는 제 1 제어 홀(131); 을 포함하는
    것을 특징으로 하는 차량의 동력전달 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 제 2 제어 홀(132); 은 링기어 제동 디스크 셋(400a)를 작동시키는 링기어 피스톤(400c); 에 장치의 가동과 동시에 유압이 공급하는 제 2 제어 홀(132); 을 포함하는
    것을 특징으로 하는 차량의 동력전달 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 제 2 제어 홀(132)은 링기어 제동디스크를 작동시켜 선기어(200a)와 유성기어 캐리어(300a)의 기어비 대로 감속되도록 제어하는 제 2 제어 홀(132); 을 포함하는
    것을 특징으로 하는 차량의 동력전달 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 제 3 제어 홀(141)은 출력커버(300) 방향으로 가압되어 선기어 제동 디스크 셋(200b)을 제동하는 선기어 제동 피스톤(200e); 에 유압을 공급하는 제 3 제어 홀(141) 포함하는
    것을 특징으로 하는 차량의 동력전달 제어장치.
  6. 제5항에 있어서, 3 제어 홀(141)은 제 2 커버의 내부에 구비되고 선기어 제동 디스크 셋(200b)을 작동시키는 선기어 제동 피스톤(200e)의 제동 제어시 차동기 반대편의 속도를 제어하는 제 3 제어 홀(141); 을 포함하는
    것을 특징으로 하는 차량의 동력전달 제어장치.
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