KR20230106018A - 다목적 운반 차량의 파워 트레인 - Google Patents

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Abstract

다목적 운반 차량의 파워 트레인이 개시된다. 본 발명에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인은, 무단 변속기를 통해 1차 변속된 동력을 입력으로 하여 전진 또는 후진 변속과 2차 변속을 수행하는 부변속부 및 부변속 레버의 P단(주차 단) 조작에 따라 부변속부를 기구적으로 구속하여 동력전달계통을 회전 불가능한 상태로 전환하는 파킹 기구부를 포함하며, 부변속부는 무단 변속기의 출력을 입력으로 하는 입력축 및 입력축과 평행한 출력축, 그리고 입력축과 출력축에 서로 쌍을 이루도록 배치되는 복수 쌍의 전동기어들로 구성되되, 복수 쌍의 전동기어 중 한 쌍은 체인으로 연결되고 나머지는 대응되는 전동기어끼리 직접 맞물려 회전하는 구조로 연결되며, 파킹 기구부는 부변속 레버의 P단 조작에 따라 출력축을 회전 불가능한 록(Lock) 상태 또는 회전 가능한 언록(Un-Lock) 상태로 전환하는 파킹록폴(Parking Lock Pawl)을 포함하되, 파킹록폴이 부변속부의 입력축을 피봇축으로 하여 피봇 작동되는 것을 요지로 하며, 복수의 전동기어 쌍 중 한 쌍이 체인으로 연결됨으로써 후진 변속 시 회전 방향을 역전시키기 위한 별도의 후진 아이들축 사용을 배제할 수 있으며, P단(주차 단) 선택 시 4륜으로 자동 전환되고 차동 록(Lock)이 실행되어 네바퀴 모두에 제동이 걸리는 구성이므로, P단 주차의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.

Description

다목적 운반 차량의 파워 트레인{Power train of Multipurpose Utility Vehicle}
본 발명은 다목적 운반 차량의 파워 트레인에 관한 것으로, 특히 후진 변속을 구현하기 위해 회전 방향을 역전시키는 별도의 후진 아이들축 사용을 배제할 수 있고, P단(주차 단) 선택 시 네바퀴 모두에 제동이 걸려 P단 주차의 안전성을 확보할 수 있는 다목적 운반 차량의 파워 트레인에 관한 것이다.
유통, 건설, 레져, 산업용 등 폭넓은 분야에 걸쳐 소형의 다목적 운반 차량(Utility vehicle, UTV)이 최근 널리 이용되고 있다. 이러한 다목적 운반 차량은 험로주행에 유리한 구조를 가지며, 따라서 건설현장 또는 농업현장에서 흙이나 작물 등을 싣고 운반하거나 여러 가지 작업에 필요한 도구 등을 싣고 나르기 위한 운반수단으로 주로 이용된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 다목적 운반 차량은 일반적으로, 운전석(10)과 적재함(20)이 외부로 개방된 구조이면서, 조향륜이 되는 한 쌍의 전륜(1)과 구동륜이 되는 한 쌍의 후륜(2)를 구비하며, 전복시 운전자의 위험을 방지하기 위한 전복방지 프레임(20)이 운전석(10)을 감싸는 구성을 이루고 있다.
전복방지 프레임(20)은 차량의 골격을 형성하는 메인 프레임(부호 생략)에 결합된 상태로 지지되고, 작업등, 헤드레스트, 팔걸이 등이 설치될 수 있다. 그리고 운전석(10)을 기준으로 후방의 적재함(50)의 하부 공간에 엔진(도시 생략)이 탑재되고, 운전석(10) 전방의 공간(30)에 라디에이터룸이 형성된다
도 1에서 도면부호 12는 운전자 및 동승자 착좌를 위한 시트를 가리킨다..
이와 같은 구성의 다목적 운반 차량에는 변속레버를 조작하여 운전자가 원하는 변속단으로 직접 변속하는 수동 변속기가 일반적으로 채택된다. 이때 대부분의 수동 변속기는 후진 조작 시 엔진이 출력한 동력의 회전방향을 중간에 역전시켜 출력축에 전달하도록 별도의 후진 아이들축을 두고 있다.
그러나 변속기 내부에 설치되는 후진 아이들축으로 인해 종래에는 변속기를 소형화하는데 어려움이 있고, 변속기 내부 구성이 복잡해져 양산성이 떨어지는 문제가 있다. 또한 후진 아이들축이 부가된 만큼 제작비용이 상승하여 경제성 측면에서도 경쟁력을 확보하기 어렵다는 단점이 있다.
한편, 종래 다목적 운반 차량에도 일반 차량과 마찬가지로 파킹 브레이크가 설치된다. 이러한 파킹 브레이크는 변속레버를 P단으로 조작하거나 별도의 파킹 브레이크 레버를 당기면, 레버와 연동된 파킹 기구가 기구적으로 동작하여 변속기 내부의 출력축을 구속함으로써 차량을 움직이지 않게 하는 일반적인 구성을 갖는다.
그런데 종래 다목적 운반 차량의 파킹 기구는 변속기 내부에 별도로 회전 중심축(피봇축)을 구성하여 여기에 파킹 기구의 핵심 구성인 파킹록폴(Parking Lock Pawl, 주차 멈춤쇠)을 피봇 가능한 형태로 연결하는 구조이므로, 변속기 내부의 공간 활용성이 떨어지고 변속기 소형화에도 불리한 단점이 있다.
더욱이, 종래 다목적 운반 차량의 파킹 브레이크 대부분은 P단 선택 시 후륜에만 제동이 걸리는 구조, 다시 말해 뒷바퀴에만 제동이 걸리는 구조이므로, 비탈길과 같이 보다 강력한 제동 성능이 요구되는 장소에 차량을 P단 주차 또는 정차하는 경우 안전성과 신뢰성이 떨어지는 단점이 있다.
한국공개특허 제2011-0099814호(공개일 2011. 09. 09.) 한국공개특허 제2012-0009217호(공개일 2012. 02. 01.)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 후진 변속을 위한 별도의 후진 아이들축 사용을 배제할 수 있고, 파킹록폴(Parking Lock Pawl, 주차 멈춤쇠)을 피봇 가능한 형태로 구성하기 위한 별도의 회전 중심축(피봇축)이 필요 없어 변속기를 보다 콤팩트하게 구현할 수 있는 다목적 운반 차량의 파워 트레인을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, P단(주차 단) 선택 시 4륜으로 자동 전환되고 차동 록(Lock)이 실행되어 네바퀴 모두에 제동이 걸리게 함으로써 P단 주차의 안전성과 신뢰도를 향상시킬 수 있는 다목적 운반 차량의 파워 트레인을 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,
무단 변속기(CVT, Continuously Variable Transmission)가 주변속기인 다목적 운반 차량의 파워 트레인에 있어서,
상기 무단 변속기를 통해 1차 변속된 동력을 입력으로 하여 전진 또는 후진 변속과 2차 변속을 수행하는 부변속부; 및
부변속 레버의 P단(주차 단) 조작에 따라 상기 부변속부를 기구적으로 구속하여 동력전달계통을 회전 불가능한 상태로 전환하는 파킹 기구부;를 포함하며,
상기 부변속부는 무단 변속기의 출력을 입력으로 하는 입력축 및 상기 입력축과 평행한 출력축, 그리고 상기 입력축과 출력축에 서로 쌍을 이루도록 배치되는 복수 쌍의 전동기어들로 구성되되, 복수 쌍의 전동기어 중 한 쌍은 체인으로 연결되고 나머지는 대응되는 전동기어끼리 직접 맞물려 회전하는 구조로 연결되며,
상기 파킹 기구부는 상기 부변속 레버의 P단 조작에 따라 상기 출력축을 회전 불가능한 록(Lock) 상태 또는 회전 가능한 언록(Un-Lock) 상태로 전환하는 파킹록폴(Parking Lock Pawl)을 포함하되, 상기 파킹록폴이 상기 부변속부의 입력축을 피봇축으로 하여 피봇 작동되는 다목적 운반 차량의 파워 트레인을 제공한다.
바람직하게는, 부변속 레버를 P단 조작하면 상기 파킹록폴(Parking Lock Pawl)의 클로(Claw)가 상기 출력축에 결합되는 후륜 출력기어의 톱니 사이에 끼여 출력축이 록(Lock) 상태가 되는 구성일 수 있다.
그리고 상기 부변속부는, 부변속 레버의 레버 조작에 연동하여 회전하며, 둘레면에 회전 방향을 따라 다른 형태로 연속되는 홈 형상의 변속 가이드가 적어도 둘 이상 형성된 변속드럼과,
상기 출력축 상의 전동기어들 사이에 배치되며, 상기 변속 가이드에 가이드 핀을 통해 연결되어 변속드럼 회전 시 상기 출력축 상에서 직선운동을 하면서 선택된 기어단을 체결시키는 적어도 둘 이상의 부변속 시프터를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 파킹록폴이 출력축의 회전을 구속하는 방향으로 움직이게 하는 P단 체결돌기가 상기 변속드럼의 둘레면에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인은 또한,
상기 변속드럼에 형성되는 P단 홈을 인식하여 부변속 레버의 P단 조작을 검출하는 P단 검출센서;
상기 부변속부에서 출력된 동력의 전륜 측 전달을 중간에서 단속하기 위해 상기 부변속부와 전륜 프로펠러샤프트 사이에 설치되는 4륜 전환부;
상기 4륜 전환부의 4륜절환시프터를 전륜 연결(4륜 구동) 또는 전륜 연결 차단(2륜 구동) 위치로 이동시키기 위해 작동되는 제1 솔레노이드;
상기 출력축으로부터 전진/후진 변속 또는 2차 변속된 동력을 전달받아 지면과의 접지 상태에 따라 좌측과 우측 후륜에 일정 비율로 분배하는 뒷차동부;
뒷차동부와 좌우 양측 후륜의 회전을 동기화시키는 차동록시프터를 차동 록(차동 잠금) 또는 차동 언록(차동 잠금 해제) 위치로 이동시키기 위해 작동되는 제2 솔레노이드; 및
상기 P단 검출센서의 검출신호를 기초로 상기 제1 솔레노이드와 제2 솔레노이드의 작동을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
바람직한 일례로서, 상기 부변속 레버의 P단 조작으로 상기 P단 검출센서에 P단 홈이 검출되면, 상기 제어부에 의해 상기 제1 솔레노이드가 작동되어 상기 4륜절환시프터가 전륜 연결(4륜 구동) 위치로 이동될 수 있다.
바람직한 다른 예로서, 상기 부변속 레버의 P단 조작으로 상기 P단 검출센서에 P단 홈이 검출되면, 제어부에 의해 상기 제1 솔레노이드와 제2 솔레노이드가 동시에 작동되어 상기 4륜절환시프터는 전륜 연결(4륜 구동) 위치로 이동되고 차동록시프터는 차동 록(차동 잠금) 위치로 이동될 수 있다.
그리고, 체인으로 연결된 상기 한 쌍의 전동기어는 상기 입력축에 설치되는 후진 구동기어와 출력축에 설치되는 후진 피동기어일 수 있으며, 상기 파킹록폴 일단이 입력축에 베어링을 매개로 회전 자유롭게 결합됨으로써 입력축을 피봇축으로 하여 피봇 작동되는 구성일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인에 의하면, 후진기어 쌍을 체인으로 연결하여 후진 조작 시 부변속부의 입력축과 출력축의 회전 방향을 같게 하는 구성이므로, 후진 조작 시 부변속부의 입력축과 출력축의 회전 방향을 같게 하기 위해 종래 상기 입력축과 출력축 중간에 적용되던 별도의 중간축(후진 아이들축) 사용을 배제할 수 있다.
또한, 파킹록폴(Parking Lock Pawl, 주차 멈춤쇠)이 부변속부의 입력축에 회전 자유롭게 결합된 상태로 상기 입력축을 피봇축으로 하여 시계 또는 반시계 방향으로 피봇 작동되는 구성이므로, 파킹록폴을 피봇 가능한 형태로 구성하기 위한 별도의 회전 중심축(피봇축)도 필요 없다는 장점이 있다.
다시 말해 본 발명은, 체인을 사용함에 따라 후진 구현을 위한 별도의 중간축(후진 아이들축) 사용을 배제할 수 있고, 부변속부의 입력축을 파킹록폴의 피봇축으로 사용함에 따라 별도의 회전 중심축의 사용을 배제할 수 있으며, 별도의 중간축 및 회전 중심축 삭제로 인한 여분의 공간을 기타 다른 목적의 공간으로 활용할 수 있어 변속기 내부의 공간 활용도를 높일 수 있고 변속기를 보다 콤팩트하게 구현할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인은, P단(주차 단) 선택 시 4륜으로 자동 전환되고 차동 록(Lock)이 실행되어 네바퀴 모두에 제동이 걸리도록 구성됨으로써, P단 주차, 특히 비탈길 P단 주차 시 제동의 안전성과 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 다목적 운반 차량의 좌측면도.
도 2는 종래 다목적 운반 차량의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인의 개략 구성도.
도 4는 출력축 상의 부변속 시프터와 변속드럼 사이의 결합관계를 보여주기 부변속부의 전개도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인에 적용되는 파킹 기구부를 보여주기 위한 본 발명의 요부 사시도.
도 6은 P단 검출센서와 제어부, 그리고 제어부와 제1, 제2 솔레노이드 사이의 관계를 설명하기 위한 블록도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인을 개략적으로 도시한 개략 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인에는 무단 변속기(CVT, Continuously Variable Transmission, 200)가 주변속기로 채택된다. 주변속기인 상기 무단 변속기(200)의 입력부(구동풀리, 210)는 엔진(100)의 출력 측에 연결되고 출력부(종동풀리, 220)는 2차 변속(전진/후진 변속 및 2단 고저(Hi-Low) 변속)을 위한 부변속부(300)의 입력 측과 연결된다.
부변속부(300)는 상기 무단 변속기(200)를 통해 1차 변속된 동력을 입력으로 하여 전진 또는 후진 변속과 2차 변속(2단 고저 변속)을 수행한다. 이러한 부변속부(300)는 무단 변속기(200)의 출력을 입력으로 하는 입력축(310) 및 상기 입력축(310)과 평행한 출력축(320), 그리고 상기 입력축(310)과 출력축(320)에 대응되어 쌍을 이루도록 배치되는 복수 쌍의 전동기어들을 포함한다.
전동기어들 중 입력축(310) 상의 전동기어들(312H, 312L, 312R)은 상기 입력축(310)에 일체 회전 가능하게 결합되며, 출력축(320) 상에 상기 입력축(310)의 전동기어들(312H, 312L, 312R) 각각에 하나씩 대응하여 구성되는 전동기어들(322H, 322L, 322R)은 상기 출력축(320)에 베어링을 통해 회전 자유롭게 결합된다.
도면에는 입력축(310)에 3개의 전동기어가 설치된 구성을 예시하고 있으나, 부변속부의 기어단수를 어떻게 구성하느냐에 따라 상기 입력축(310)의 전동기어가 4개 또는 그 이상이 될 수 있으므로 3개로 한정되는 것은 아니다.
복수 쌍의 전동기어 중 한 쌍(312R과 322R)은 체인(350)으로 연결된다. 그리고 나머지는 대응되는 전동기어끼리(312H와 322H, 312L과 322L) 직접 맞물려 회전하는 구조로 연결된다.
여기서 체인(350)으로 연결된 한 쌍의 전동기어는 입력축(310)에 설치되는 후진 구동기어(312R)와 출력축(320)에 설치되는 후진 피동기어(322R)일 수 있으며, 직접 맞물려 회전하는 나머지 쌍(312H와 322H, 312L과 322L)은 2차 변속을 위한 부변속 기어들일 수 있다.
부변속부(300)의 입력축(310)에 설치되는 후진 구동기어(312R)와 출력축(320)에 설치되는 후진 피동기어(322R)가 체인(350)으로 연결됨에 따라 본 발명은, 직접 맞물려 회전하는 다른 전동기어 쌍과는 다르게 후진 구동기어(312R)와 후진 피동기어(322R)는 같은 방향으로 회전을 하며, 그 결과 후진 구동기어(312R)와 후진 피동기어(322R)가 동력전달기어로 선택된 경우(후진 조작 시) 입력축(310)과 출력축(320)도 같은 방향으로 회전을 하게 된다.
부변속부(300)의 출력축(320)은 후술하게 될 뒷차동부(600)와 직접 맞물려 최종적으로 변속된 동력을 전달하도록 구성된다. 이에 따라 후진 조작에 따라 후진 구동기어(312R)와 후진 피동기어(322R)가 동력전달기어로 선택되면, 출력축(320)에서 뒷차동부(600)로 동력이 전달되는 과정에서 회전 방향이 한번만 역전되어 최종 회전방향이 역전된 동력이 좌측과 우측 후륜(2L, 2R)에 후진을 위한 필요 동력으로 제공된다.
종래에는 입력축과 출력축 중간에 별도의 후진 전용축(후진 아이들축)을 구성하여 후진 시 상기 입력축과 출력축의 회전 방향을 같게 하였으나, 본 발명은 후진기어 쌍을 체인(350)으로 연결하여 후진 시 입력축(310)과 출력축(320)의 회전 방향을 같게 하는 구성이므로, 부변속부(300)의 입력축(310)과 출력축(320) 중간에 종래에서와 같은 별도의 후진 전용축(후진 아이들축)이 필요 없다.
출력축(320)에는 적어도 둘 이상의 부변속 시프터(330-1, 330-2)가 설치된다. 부변속 시프터(330) 각각은 출력축(320)을 따라 움직이면서 출력축(320)에 설치된 전동기어 중 하나와 상기 출력축(320)을 동력 전달 가능하게 연결하거나 그 연결을 끊는 역할을 한다. 예컨대, 운전자가 후진 조작을 하면 후진 측 부변속 시프터(330-1)에 의해 후진 피동기어(322R)와 상기 출력축(320)의 회전이 동기화된다.
부변속 시프터(330-1, 330-2)는 스플라인 결합 방식으로 출력축(320)에 결합된다. 이에 따라 출력축(320)과 동기화된 회전을 하면서도 출력축(320)을 따라 좌우로 이동하면서 운전자가 선택한 기어단에 위치하는 전동기어(출력축 상의 전동기어)와 결합하여 전진/후진 변속 또는 2차 변속을 구현한다. 이러한 부변속 시프터(330-1, 330-2)는 회전 가능한 변속드럼(340)에 연동 가능하게 연결될 수 있다.
도 4는 출력축 상의 부변속 시프터와 변속드럼 사이의 결합관계를 보여주기 부변속부의 전개도이다.
도 4를 참조하면, 변속드럼(340)은 부변속 레버(도시 생략)의 조작에 연동하여 정해진 각도 범위 내에서 시계 또는 반시계 방향으로 회전을 한다. 이러한 변속드럼(340)의 둘레면에는 그 회전 방향을 따라 도 4의 예시와 같이 다른 형태로 연속되는 홈 형상의 변속 가이드(342-1, 342-2)가 적어도 둘 이상 형성된다.
이때 각각의 변속 가이드(342-1, 342-2)에 가이드 핀(344-1, 344-2)의 일부가 삽입되고 가이드 핀(344-1, 344-2)의 다른 일부는 상기 부변속 시프터(330-1, 330-2) 각각에 결합하는 변속 포크(345-1, 345-2)에 결합된다. 그리고 변속 포크(345-1, 345-2) 각각은 상호 간섭 없는 독립적인 직선 운동을 할 수 있도록 하나의 포크로드(346) 상에 개별적으로 슬라이딩 가능하게 결합된다.
도 4에서 도면부호 323은 출력축(320)에 회전 자유롭게 구성된 전동기어(322R, 322H, 322L)들의 측면에 형성되는 측면치차를 가리키며, 333은 상기 전동기어들의 측면치차와 선택적으로 맞물려 해당 전동기어와 동기화된 회전운동을 할 수 있도록 각각의 부변속 시프터(330-1, 330-2)의 측면에 구성되는 측면치차를 가리킨다.
이와 같은 구성에 의하면, 운전자가 부변속을 위해 부변속 레버를 당기거나 밀면 변속드럼(340)이 시계 또는 반시계 방향으로 회전을 하고, 변속드럼(340)의 회전운동은 변속 가이드(342-1, 342-2)와 가이드 핀(344-1, 344-2)에 의해 변속포크(345-1, 345-2)의 직선운동으로 전환된다. 그 결과 부변속 시프터(330-1 또는 330-2)가 도면상 좌측 또는 우측으로 이동됨으로써 운전자가 선택한 기어단이 체결되거나 그 체결이 해제된다.
이와 같은 작동 매커니즘을 갖는 부변속부(300)는 동 출원인의 선출원 발명인 대한민국 공개특허 제10-2011-0099814호에 개시된 변속장치 구성과 대동소이 하므로 이에 대한 더 자세한 설명은 이하 생략한다.
앞선 도 3을 다시 참조하면, 부변속부(300)와 전륜 프로펠러샤프트(500) 사이에는 4륜 전환부(400)가 설치된다. 4륜 전환부(400)는 부변속부(300)에서 출력된 동력, 좀 더 정확하게는 상기 출력축(320)을 통해 출력되는 최종 변속 동력이 전륜으로 전달되는 것을 중간에서 단속한다. 4륜 전환부(400)가 '전륜 연결'로 절환되면 전륜에 최종 변속 동력이 전달되고 '전륜 연결 차단'으로 절환되면 전륜에는 동력이 전달되지 않는다.
4륜 전환부(400)는 전륜 입력기어(410)와 4륜절환시프터(420)로 구성될 수 있다. 전륜 입력기어(410)는 상기 출력축(320) 말단의 전륜 출력기어와 베벨 기어 방식으로 맞물려 상시 회전을 하되 상기 전륜 프로펠러샤프트(500)에 회전 자유롭게 구비되며, 4륜절환시프터(420)는 상기 전륜 프로펠러샤프트(500)에 스플라인 방식으로 결합되어 전륜 입력기어(410)와 전륜 프로펠러샤프트(500) 사이에서 이들을 동력 전달 가능하게 연결하거나 그 연결을 끊는 역할을 한다.
참고로, 전륜 입력기어(410)와 상기 4륜절환시프터(420)가 서로 마주하는 측면에도 서로 간 맞물릴 수 있는 구조의 측면치차(부호 생략)가 형성된다.
4륜절환시프터(420)는 솔레노이드(이하, '제1 솔레노이드(430)'라 함)에 의해 전륜 연결(4륜 구동) 또는 전륜 연결 차단(2륜 구동) 위치로 작동되는 전동식 구성일 수 있다. 이때 제1 솔레노이드(430)는 제어부(도 6 참조)의 명령에 따라 4륜절환(420)를 전륜 연결(4륜 구동) 위치로 이동시키거나 전륜 연결 차단(2륜 구동) 위치로 이동시킬 수 있다.
여기서, '전륜 연결 위치'는 상기 전륜 입력기어(410)와 4륜절환시프터(420)에 형성되는 측면치차가 서로 맞물리게 하여 전륜 입력기어(410)와 전륜 프로펠러샤프트(500)의 회전을 동기화시키는 위치를 의미하며, '전륜 연결 차단 위치'는 상기 측면치차를 서로 떨어뜨려 전륜 프로펠러샤프트는 회전하지 않고 전륜 입력기어(410)만 상기 전륜 프로펠러샤프트(500) 상에서 공회전되도록 하는 상태의 위치를 의미한다.
이와 같은 구성에 의하면, 운전자가 4륜 전환을 위해 4륜 구동 버튼 또는 스위치를 조작하면 제어부가 해당 조작을 인식하여 제1 솔레노이드(430)에 관련 명령을 출력한다. 이에 따라 제1 솔레노이드(430)가 동작하여 상기 4륜 절환시프터가 전륜 연결 위치로 이동되어 전륜 입력기어(410)와 전륜 프로펠러샤프트(500)가 회전 동기화되고, 그 결과 부변속부(300) 동력은 전륜 프로펠러샤프트(500)를 통해 전륜으로 전달될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 출력축(320)으로부터 전진/후진 변속 또는 2차 변속된 동력을 전달받아 지면과의 접지 상태에 따라 좌측과 우측 후륜에 적정 비율로 분배하는 뒷차동부(600)를 포함한다. 뒷차동부(600)는 상기 출력축(320)에 일체 회전 가능하게 결합된 후륜 출력기어(326)와 맞물리는 링기어(612) 및 이를 구비하는 차동케이스(610)를 포함하고, 차동케이스(610)에 스파이더 기어와 사이드기어 등이 내설된 공지의 구성일 수 있다.
뒷차동부(600)의 일측에는 상기 뒷차동부(600)와 좌우 양측 후륜의 회전을 동기화시키기는 차동록시프터(620)가 구비된다. 차동록시프터(620)는 우측 후륜차축(경우에 따라서는 좌측 후륜차축이 될 수도 있음)에 스플라인 방식으로 결합된 상태로 이동하면서 뒷차동부(600)의 상기 차동케이스(610)와 좌우 양측 후륜(2L, 2R)의 회전을 동기화시키거나(차동 잠금) 그 상태를 해제하여 정상적인 동력분배 기능이 수행될 수 있도록 기능한다.
여기서, 상기 차동케이스(610)와 차동록시프터(620)가 서로 마주보는 측면에도 서로 간 맞물릴 수 있는 구조로 측면치차(부호 생략)가 형성된다.
차동록시프터(620) 역시 상기 4륜절환시프터(420)와 마찬가지로, 솔레노이드(이하, '제2 솔레노이드(630)'라 함)에 의해 차동 록(차동 잠금) 또는 차동 언록(차동 잠금 해제) 위치로 작동되는 전동식 구성일 수 있다. 이때 제2 솔레노이드(630)는 제어부(800)의 명령에 따라 상기 차동록시프터(620)를 상기 차동 록 위치로 이동시키거나 차동 언록 위치로 이동시킬 수 있다.
참고로, '차동 록 위치'는 차동케이스(610)와 차동록시프터(620) 각각 형성된 측면치차가 서로 맞물리게 하여 상기 뒷차동부(600)와 좌우 양측 후륜의 회전을 완전히 동기화시키는 위치를 의미하며, '차동 언록 위치'는 상기 측면치차를 서로 떨어뜨려 뒷차동부(600)가 정상적으로 차동유닛으로서의 역할, 즉 접지 상태에 따라 좌측과 우측 후륜에 동력을 적절히 분배하는 역할을 수행하게 하는 위치를 의미한다.
이와 같은 구성에 의하면, 운전자가 차동 잠금을 위해 해당 스위치를 조작하면 제어부(800)가 해당 조작을 인식하여 제2 솔레노이드(630)에 관련 명령을 출력한다. 이로 인해 제2 솔레노이드(630)가 동작하여 상기 차동록시프터(620)가 차동 록 위치로 이동되며, 그 결과 뒷차동부(600)의 상기 차동케이스(610)와 좌우 양측 후륜의 회전이 완전 동기화되는 차동 록 상태가 된다.
본 발명은 또한, 부변속 레버의 P단(주차 단) 조작에 따라 상기 부변속부(300)를 기구적으로 구속하여 동력전달계통을 회전 불가능한 상태로 전환하는 파킹 기구부(700)를 포함한다. 파킹 기구부(700)는 상기 부변속 레버의 P단 조작에 따라 상기 출력축(320)을 회전 불가능한 록(Lock) 상태 또는 회전 가능한 언록(Un-Lock) 상태로 전환하는 파킹록폴(710)(Parking Lock Pawl, 주차 멈춤쇠)을 포함한다.
여기서, 파킹록폴(710)은 상기 부변속부(300)의 입력축(310)을 피봇축으로 피봇 동작하면서 부변속부(300)의 상기 출력축(320)이 회전하지 못하도록 구속하거나 그 구속을 해제하도록 구성된다. 이로 인해 본 발명은 상기 파킹록폴(710)을 피봇 가능하게 구성하기 위하여 위해 변속기 내부에 별도로 부가되던 종래 회전 중심축(피봇축)과 같은 구성이 삭제될 수 있다.
파킹 기구부의 구성에 대해서는 이하 도 5를 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인에 적용되는 파킹 기구부를 보여주기 위한 본 발명의 요부 사시도이다.
도 5를 참조하면, 파킹 기구부(700)는 상기 부변속부(300)의 입력축(310)을 피봇축으로 하는 파킹록폴(710)과 상기 변속드럼(340)에 형성되는 P단 체결돌기(720)를 포함한다. 파킹록폴(Parking Lock Pawl, 710)에는 클로(Claw, 712)가 일체로 형성되며, 상기 클로(712)는 부변속 레버 P단 조작 시 상기 P단 체결돌기(720)에 의해 들어 올려져 후륜 출력기어(326)의 톱니 사이에 끼이게 된다.
여기서, 상기 파킹록폴(710)의 일단은 부변속부(300)의 입력축(310)에 베어링(도시 생략)을 매개로 회전 자유롭게 결합됨으로써, 입력축(310)의 회전에 간섭을 받지 않으면서 상기 입력축(310)을 피봇축으로 하여 자유롭게 시계 또는 반시계 방향으로 피봇 작동되는 구성일 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 운전자가 부변속 레버를 P단으로 수동조작하면 변속드럼(340)의 회전에 따라 상기 P단 체결돌기(720)가 파킹록폴(710) 방향으로 회전을 하고, 파킹록폴(710)에 P단 체결돌기(720)가 접하는 순간부터 파킹록폴(710)이 위로 들어 올려져 상기 클로(712)가 후륜 출력기어(326)의 특정 톱니 사이에 끼이게 된다. 그 결과 부변속부(300)의 출력축(320)이 회전하지 못하는 상태가 됨으로써 제동이 걸리게 된다.
P단 체결돌기(720)는 인접 배치된 상기 파킹록폴(710)에 대응하여 상기 변속드럼(340)의 둘레면 적소에 형성되되, 운전자가 부변속 레버를 수동으로 P단으로 조작했을 때만 변속드럼(340)의 회전에 따라 상기 파킹록폴(710)을 들어올리고, 그 외 변속드럼(340)의 회전위치(예컨대, 중립, 저단, 고단 부변속 위치)에서는 파킹록폴(710)과 이격되어 상기 파킹록폴(710)이 스프링(S)의 복원력에 의해 후륜 출력기어(326)로부터 이격된 상태를 유지할 수 있는 위치에 형성될 수 있다.
변속드럼(340)에는 상기 P단 체결돌기(720)와 변속 가이드(342) 외에도 P단 홈(740)이 형성된다. 그리고 변속드럼(340)의 회전 방향 주변의 정해진 위치에는 상기 P단 홈(740)을 인식하는 P단 검출센서(750)가 배치된다. 이때 P단 검출센서(750)는 운전자에 의한 부변속 레버 P단 조작 시 변속드럼(340)에 형성된 상기 P단 홈(740)을 인식하여 부변속 레버가 P단으로 조작되었음을 검출하고 그 검출 정보를 제어부(800)에 전달하는 역할을 한다.
도 6은 P단 검출센서와 제어부, 그리고 제어부와 상기 제1, 제2 솔레노이드 사이의 전기적인 연결관계를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 앞선 도 1과 함께 참조하면, 부변속 레버의 P단 조작으로 변속드럼(340)이 P단 위치로 회전하여 상기 P단 검출센서(750)가 상기 P단 홈(740)을 검출한 경우 제어부(800)는, P단 검출센서(750)로부터 P단 홈(740) 검출정보를 전달받은 시점에 상기 제1 솔레노이드(430) 단독 또는 제1 솔레노이드(430)와 제2 솔레노이드(630) 모두에 상응하는 작동 명령을 출력하도록 구성될 수 있다.
일례로, P단 검출센서(750)가 상기 P단 홈(740)을 검출한 경우 제어부(800)는, P단 검출센서(750)로부터 P단 홈(740) 검출정보를 전달받은 시점에 4륜절환시프터(420)를 전륜 연결(4륜 구동) 위치로 이동시키기 위한 제어 명령을 상기 제1 솔레노이드(430)에 출력할 수 있다. 즉 운전자에 의한 부변속 레버의 P단 조작이 검출된 경우 제어부(800)에 의해 4륜 구동으로 전환될 수 있다.
이 경우 운전자의 P단 수동조작에 따른 상기 파킹 기구부(700)의 기구적인 제동력이 후륜은 물론 전륜에도 작용하므로, 평지는 물론 비탈길에서 P단 주차 시 제동의 안전성과 신뢰도가 향상될 수 있다.
다른 예로서, P단 검출센서(750)가 상기 P단 홈(740)을 검출한 경우 제어부는, P단 검출센서(750)로부터 P단 홈(740) 검출정보를 전달받은 시점에 4륜절환시프터(420)는 전륜 연결(4륜 구동) 위치로 이동시키고 차동록시프터(620)는 차동 록(차동 잠금) 위치로 이동시키기 위한 명령을 상기 제1 솔레노이드(430)와 제2 솔레노이드(630) 각각에 동시 출력할 수 있다.
즉 운전자에 의한 부변속 레버의 P단 조작이 검출된 경우 제어부(800)에 의해 4륜 구동 전환과 함께 차동 록(차동 잠금)이 동시에 행해질 수 있다.
이 경우 운전자의 P단 수동조작에 따른 상기 파킹 기구부(700)의 기구적인 제동력이 후륜과 전륜에 동시에 작용하되, 후륜은 좌측 바퀴와 우측 바퀴가 서로 동기화 된 상태로 제동이 걸림으로써, P단 주차 시 제동의 안전성과 신뢰도의 보다 큰 향상을 기대할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인에 의하면, 후진기어 쌍을 체인으로 연결하여 후진 조작 시 부변속부의 입력축과 출력축의 회전 방향을 같게 하는 구성으로서, 후진 조작 시 부변속부의 입력축과 출력축의 회전 방향을 같게 하기 위해 종래 상기 입력축과 출력축 중간에 적용되던 별도의 중간축(후진 아이들축) 사용을 배제할 수 있다.
또한, 파킹록폴(Parking Lock Pawl, 주차 멈춤쇠)이 부변속부의 입력축에 회전 자유롭게 결합된 상태로 상기 입력축을 피봇축으로 하여 시계 또는 반시계 방향으로 피봇 작동되는 구성이므로, 파킹록폴을 피봇 가능한 형태로 구성하기 위한 별도의 회전 중심축(피봇축)이 필요 없다는 장점이 있다.
다시 말해 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인은, 체인을 사용함에 따라 후진 구현을 위한 별도의 중간축(후진 아이들축) 사용을 배제할 수 있고, 부변속부의 입력축을 파킹록폴의 피봇축으로 사용함에 따라 별도의 회전 중심축의 사용을 배제할 수 있으며, 그 결과 변속기 내부의 공간 활용도를 높이고 변속기를 보다 콤팩트하게 구현할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 운반 차량의 파워 트레인은, P단(주차 단) 선택 시 4륜으로 자동 전환되고 차동 록(Lock)이 실행되어 네바퀴 모두에 제동이 걸리도록 구성됨으로써, P단 주차, 특히 비탈길 P단 주차 시 제동의 안전성과 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 엔진 200 : 무단 변속기
300 : 부변속부 310 : 입력축
312R, 312H, 312L : 입력축에 설치되는 전동기어
320 : 출력축
322R, 322H, 322L : 출력축에 설치되는 전동기어
324 : 전륜 출력기어 326 : 후륜 출력기어
330-1, 330-2 : 부변속 시프터 323, 333 : 측면치차
340 : 변속드럼 342-1, 342-2 : 변속 가이드
344-1, 344-2 : 가이드 핀 345-1, 345-2 : 변속 포크
346 : 포크유닛 400 : 4륜 전환부
410 : 전륜 입력기어 420 : 4륜 절환시프터
430 : 제1 솔레노이드 500 : 전륜 프로펠러샤프트
600 : 뒷차동부 610 : 차동케이스
612 : 링기어 620 : 차동록시프터
630 : 제2 솔레노이드 700 : 파킹 기구부
710 : 파킹록폴(Parking Lock Pawl) 712 : 클로(Claw)
720 : P단 체결돌기 740 : P단 홈
750 : P단 검출센서

Claims (8)

  1. 무단 변속기(CVT, Continuously Variable Transmission)가 주변속기인 다목적 운반 차량의 파워 트레인에 있어서,
    상기 무단 변속기를 통해 1차 변속된 동력을 입력으로 하여 전진 또는 후진 변속과 2차 변속을 수행하는 부변속부; 및
    부변속 레버의 P단(주차 단) 조작에 따라 상기 부변속부를 기구적으로 구속하여 동력전달계통을 회전 불가능한 상태로 전환하는 파킹 기구부;를 포함하며,
    상기 부변속부는 무단 변속기의 출력을 입력으로 하는 입력축 및 상기 입력축과 평행한 출력축, 그리고 상기 입력축과 출력축에 서로 쌍을 이루도록 배치되는 복수 쌍의 전동기어들로 구성되되, 복수 쌍의 전동기어 중 한 쌍은 체인으로 연결되고 나머지는 대응되는 전동기어끼리 직접 맞물려 회전하는 구조로 연결되며,
    상기 파킹 기구부는 상기 부변속 레버의 P단 조작에 따라 상기 출력축을 회전 불가능한 록(Lock) 상태 또는 회전 가능한 언록(Un-Lock) 상태로 전환하는 파킹록폴(Parking Lock Pawl)을 포함하되, 상기 파킹록폴이 상기 부변속부의 입력축을 피봇축으로 하여 피봇 작동되는 다목적 운반 차량의 파워 트레인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    부변속 레버를 P단 조작하면 상기 파킹록폴(Parking Lock Pawl)의 클로(Claw)가 상기 출력축에 결합되는 후륜 출력기어의 톱니 사이에 끼여 출력축이 록(Lock) 상태가 되는 다목적 운반 차량의 파워 트레인.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부변속부는,
    부변속 레버의 레버 조작에 연동하여 회전하며, 둘레면에 회전 방향을 따라 다른 형태로 연속되는 홈 형상의 변속 가이드가 적어도 둘 이상 형성된 변속드럼과,
    상기 출력축 상의 전동기어들 사이에 배치되며, 상기 변속 가이드에 가이드 핀을 통해 연결되어 변속드럼 회전 시 상기 출력축 상에서 직선운동을 하면서 선택된 기어단을 체결시키는 적어도 둘 이상의 부변속 시프터를 더 포함하는 다목적 운반 차량의 파워 트레인.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 파킹록폴이 출력축의 회전을 구속하는 방향으로 움직이게 하는 P단 체결돌기가 상기 변속드럼의 둘레면에 형성되는 다목적 운반 차량의 파워 트레인.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 변속드럼에 형성되는 P단 홈을 인식하여 부변속 레버의 P단 조작을 검출하는 P단 검출센서;
    상기 부변속부에서 출력된 동력의 전륜 측 전달을 중간에서 단속하기 위해 상기 부변속부와 전륜 프로펠러샤프트 사이에 설치되는 4륜 전환부;
    상기 4륜 전환부의 4륜절환시프터를 전륜 연결(4륜 구동) 또는 전륜 연결 차단(2륜 구동) 위치로 이동시키기 위해 작동되는 제1 솔레노이드;
    상기 출력축으로부터 전진/후진 변속 또는 2차 변속된 동력을 전달받아 지면과의 접지 상태에 따라 좌측과 우측 후륜에 일정 비율로 분배하는 뒷차동부;
    뒷차동부와 좌우 양측 후륜의 회전을 동기화시키는 차동록시프터를 차동 록(차동 잠금) 또는 차동 언록(차동 잠금 해제) 위치로 이동시키기 위해 작동되는 제2 솔레노이드; 및
    상기 P단 검출센서의 검출신호를 기초로 상기 제1 솔레노이드와 제2 솔레노이드의 작동을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 다목적 운반 차량의 파워 트레인.
  6. 제 5 항에 있어서,
    부변속 레버의 P단 조작으로 상기 P단 검출센서에 P단 홈이 검출되면, 제어부에 의해 상기 제1 솔레노이드가 작동되어 상기 4륜절환시프터가 전륜 연결(4륜 구동) 위치로 이동되는 다목적 운반 차량의 파워 트레인.
  7. 제 5 항에 있어서,
    부변속 레버의 P단 조작으로 상기 P단 검출센서에 P단 홈이 검출되면, 제어부에 의해 상기 제1 솔레노이드와 제2 솔레노이드가 동시에 작동되어 상기 4륜절환시프터는 전륜 연결(4륜 구동) 위치로 이동되고 차동록시프터는 차동 록(차동 잠금) 위치로 이동되는 다목적 운반 차량의 파워 트레인.
  8. 제 1 항에 있어서,
    체인으로 연결된 한 쌍의 전동기어는 상기 입력축에 설치되는 후진 구동기어와 출력축에 설치되는 후진 피동기어이며,
    상기 파킹록폴의 일단이 입력축에 베어링을 매개로 회전 자유롭게 결합된 다목적 운반 차량의 파워 트레인.
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KR20110099814A (ko) 2010-03-03 2011-09-09 대동공업주식회사 다목적 운반차량용 변속장치
KR20120009217A (ko) 2010-07-23 2012-02-01 대동공업주식회사 파킹브레이크 경고음 발생장치를 갖는 다목적 운반차량

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