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KR101220190B1 - 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘, 및 듀얼 클러치 트랜스미션용 캠 트랙 시프트 메커니즘 - Google Patents

트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘, 및 듀얼 클러치 트랜스미션용 캠 트랙 시프트 메커니즘 Download PDF

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KR101220190B1
KR101220190B1 KR1020100093722A KR20100093722A KR101220190B1 KR 101220190 B1 KR101220190 B1 KR 101220190B1 KR 1020100093722 A KR1020100093722 A KR 1020100093722A KR 20100093722 A KR20100093722 A KR 20100093722A KR 101220190 B1 KR101220190 B1 KR 101220190B1
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KR
South Korea
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cam
gear
track
barrel
shift
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KR1020100093722A
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KR20110049661A (ko
Inventor
비제이 에이. 니러칸탄
브렛 엠. 올슨
제시 비. 브레들리
아지트 에스. 그루월
Original Assignee
지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

듀얼 클러치 트랜스미션(dual clutch transmission)용 시프트 메커니즘(shift mechanism)은 3개 이상의 연결된 캠 팔로어에 결합되어 평행이동하는 3개 이상의 트랙을 갖는 회전식 배럴 캠을 채용한다. 상기 캠 팔로어는 레일 상에서 슬라이딩하는 시프트 포크 바디로부터 연장되며, 5개 이상의 전진 기어 또는 속도 및 후진 기어를 결합하는 3개 이상의 싱크로나이저 클러치를 양방향으로 평행운동시키는 시프트 포크를 구비한다. 단일의 전기 모터 및 기어 트레인은 상기 배럴 캠을 구동한다.

Description

트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘, 및 듀얼 클러치 트랜스미션용 캠 트랙 시프트 메커니즘{BARREL CAM SHIFT MECHANISM}
본 발명은 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘에 관한 것으로서, 특히 듀얼 클러치 트랜스미션 내의 시프트 포크를 작동시키는 단일 모터 구동식 배럴 캠 시프트 메커니즘에 관한 것이다.
배경기술에서는 본 발명에 관한 배경 정보만을 제공하며, 종래기술을 구성할 수 있고 아닐 수도 있다.
자동차 트랜스미션용 시프트 메커니즘은 다수의 형태를 취한다. 일반적인 수동 트랜스미션에서, 복수의 평행한 시프트 레일은 조작자 안내식 시프트 레버에 의해 작동되며, 소정의 기어를 성취하는 싱크로나이저 및 클러치를 결합하여 평행이동시킨다. 자동차 트랜스미션에서, 복수의 로직 및 제어 밸브에 의해 제어되는 유압 작동식 클러치 및 브레이크는 유성 기어 조립체의 요소를 결합, 분리 및 제동시킨다. 보다 신규한 트랜스미션 타입, 즉 듀얼 클러치 트랜스미션(dual clutch transmission: DCT)에서, 2개의 카운터샤프트 상의 복수의 싱크로나이저 클러치는 연결된 액추에이터에 의해 결합 및 분리되도록 평행운동된다.
일반적으로, 이와 같은 듀얼 클러치 트랜스미션은 5개, 6개 또는 7개의 전방 기어 또는 속도, 및 후진 기어를 갖는다. 5개의 전방 기어 및 후진 기어를 갖는 일반적인 듀얼 클러치 트랜스미션에서, 3개 이상의 액추에이터, 3개의 시프트 링크 및 3개의 듀얼 싱크로나이저 클러치가 요구된다. 일반적으로, 양방향의 전기 또는 유압 장치인 액추에이터는 시프트 조립체의 가장 비싼 부품일 것이다. 일반적인 6단 듀얼 클러치 트랜스미션에서, 4개 이상의 액추에이터, 시프트 링크 및 3개의 듀얼 싱크로나이저 클러치 그리고 하나의 싱글 싱크로나이저 클러치가 요구된다. 다시, 작동 제어 시스템은 시프트 조립체의 가장 비싼 부품일 것이다.
수동 트랜스미션과 유사한 우수한 연료 경제성 및 스포티한 성능으로 인해, 듀얼 클러치 트랜스미션은 시장에서 인식되어 수용되고 있다. 이러한 경향으로 인해, 듀얼 클러치 트랜스미션 설계 및 작동에 대한 모든 관점을 강화하려는 활동이 계속 진행중이며, 본 발명은 이러한 활동의 결과이다.
본 발명은, 3개 이상의 연결된 캠 팔로어에 의해 결합되어 평행운동하는 복수의 트랙을 갖는 회전식 배럴 캠을 채용하는 듀얼 클러치 트랜스미션용 시프트 메커니즘을 제공한다. 상기 캠 팔로어는 레일 상에서 슬라이딩하는 시프트 포크 바디로부터 연장되며, 5개의 전방 기어 또는 속도 및 후방 기어까지 결합하는 3개 이상의 싱크로나이저 클러치를 양방향으로 팽행운동시키는 시프트 포크를 구비한다. 단일의 전기 또는 유압 모터 및 기어 트레인은 상기 배럴 캠을 구동시킨다. 예컨대, 추가적인 전방 기어 또는 속도를 갖는 상이한 트랜스미션 구성체 또는 트랜스미션을 수용하도록, 추가적인 캠 트랙, 팔로어 및 싱크로나이저 클러치가 추가될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 목적은, 듀얼 클러치 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 5개의 전방 기어 또는 속도 및 후방 기어까지 갖는 듀얼 클러치 트랜스미션용 시프트 메커니즘을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 3개 이상의 트랙 및 팔로어를 갖는 듀얼 클러치 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 단일의 전기 또는 유압 모터 및 기어 트레인을 갖는 듀얼 클러치 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 듀얼 캠 트랜스미션을 위한 스킵 시프트 성능(skip shift capability)을 갖는 배럴 캠 시프트 메커니즘을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 복수의 시프트 레일, 시프트 포크 및 싱크로나이저 클러치를 갖는 듀얼 클러치 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 스킵 시프트 성능을 제공하는 배럴의 회전방향에 의존하는 캠 팔로어를 위한 가변 트랙 프로파일을 갖는 배럴 캠 시프트 메커니즘을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 단일의 배럴 캠을 갖는 듀얼 클러치 트랜스미션에서 스킵 시프트 성능을 갖는 캠 프로파일 내에 방향 감지 단차부 및 램프를 갖는 배럴 캠 시프트 메커니즘을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 단일의 배럴 캠을 갖는 듀얼 클러치 트랜스미션에서 스킵 시프트 성능을 제공하는 방향 감지 가변 캠 프로파일을 제공하는 캠 트랙 내에 방향 감지 게이트 메커니즘을 갖는 배럴 캠 시프트 메커니즘을 제공하는 것이다.
하기의 상세한 설명으로부터 또 다른 목적, 이점 및 적용 범위가 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 예는 단지 기술을 목적으로 한 것이며, 본 발명의 범위를 제한할 의도의 것은 아니다.
하기의 도면은 단지 도시를 목적으로 한 것이며, 본 발명의 범위를 제한할 의도의 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 배럴 캠 시프트 조립체를 내장하는 5단 듀얼 클러치 트랜스미션의 개략적인 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 배럴 캠 시프트 조립체에 사용되는 배럴 캠의 확대 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 배럴 캠 시프트 조립체에 사용되는 배럴 캠의 3개의 캠 트랙에 대한 플랫 패턴 레이아웃(flat pattern layout),
도 4는 방향 감지 단차부를 구비한 본 발명에 따른 배럴 캠의 캠 트랙의 일부분에 대한 확대도,
도 5는 방향 감지 게이트를 구비한 본 발명에 따른 변형 실시예의 배럴 캠의 캠 트랙의 일부분에 대한 확대도,
도 6은 본 발명에 따른 배럴 캠 시프트 조립체에 사용되는 배럴 캠의 4개의 캠 트랙에 대한 변형된 플랫 패턴 레이아웃,
도 7은 본 발명에 따른 배럴 캠 시프트 조립체에 사용되는 배럴 캠의 3개의 캠 트랙에 대한 변형된 플랫 패턴 레이아웃으로서, 도 3의 레이아웃과 유사하지만, 임의의 사전 선택 없이 기어 상태를 구비하는 도면.
하기의 설명은 단지 예이며, 본 발명의 적용 또는 용도를 제한할 의도의 것은 아니다. 도 1에서, 특정 부품은 실제 위치를 벗어나 명확성을 위해 보이는 평면으로 회전되는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배럴 캠 시프트 메커니즘을 내장한 듀얼 클러치 트랜스미션(10)을 도시한다. 듀얼 클러치 트랜스미션(10)은, 트랜스미션(10)의 부품을 수용, 위치 및 보유하는 복수의 보어, 개구, 플랜지 등을 갖는 하우징(12)을 구비한다. 입력 샤프트(14)는 가솔린, 디젤, 하이브리드 또는 전력 플랜트 등의 원동기(도시하지 않음)에 결합되어 구동된다. 입력 샤프트(14)는 듀얼 클러치 조립체(18)의 입력부 또는 하우징(16)에 결합된다. 듀얼 클러치 조립체(18)는 하우징(16)에 의해 공통으로 구동되는 한 쌍의 입력 클러치, 즉 제 1 입력 클러치(20A)와 제 2 입력 클러치(20B)를 구비한다. 또한, 듀얼 클러치 조립체(18)는 플라이휠 타입의 진동 흡수 장치(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 한 쌍의 입력 클러치(20A, 20B)는 유압, 전기 또는 공압식 액추에이터 또는 오퍼레이터(22A, 22B)의 쌍 각각에 의해 제어가능하게 결합 또는 분리된다. 제 1 입력 클러치(20A)의 제어된 출력부는 제 1 구동 샤프트(24A)를 구동하고, 제 2 입력 클러치(20B)의 제어된 출력부는 제 2의 동심으로 배치된 퀼, 구동 튜브 또는 중공형 샤프트(second, concentrically disposed quill, drive tube or hollow shaft)(24B)를 구동한다.
듀얼 클러치 트랜스미션의 특징 및 이점 중 하나는 인접한 기어 시프트, 예컨대 제 2 기어에서 제 3 기어로의 업시프트(upshift)의 속도이다. 다음에 결합되는 기어(예컨대, 제 3 기어)가 그 카운터샤프트에 싱크로나이징하여 연결함으로써 사전 선택(preselected) 또는 사전 스테이지(prestaged)될 수 있기 때문에, 극도로 신속한 시프트가 가능해진다. 이에 따라, 실제의 결합은 현재 결합된 기어(예컨대, 제 2 기어)와 연결된 입력 클러치를 개방하는 단계; 및 소정의 새로운 기어(제 3 기어)와 연결된 입력 클러치를 결합하는 단계;만을 포함한다. 이러한 특징은 인접한 기어(예컨대, 제 1 및 제 2 기어, 제 2 및 제 3 기어)가 동일한 입력 클러치에 의해 구동되지 않도록 기어들이 배치되어야 하는 것을 필요로 한다. 예를 들면, 제 1, 제 3 및 제 5 기어, 즉 홀수 기어들은 하나의 클러치에 의해 구동되며 제 2, 제 4 및 제 6 기어, 즉 짝수 기어들은 다른 클러치에 의해 구동되도록 배치되므로, 기어를 통한 통상적인 업시프트 진전이 발생함에 따라 작동하는 입력부의 교번을 허용한다.
듀얼 클러치 트랜스미션(10)은 이러한 방식으로 작동하도록 구성된다. 제 1 구동 샤프트(24A) 상에는, 제 1 구동 기어(32) 및 보다 큰 제 2 구동 기어(34)가 있다. 제 1 구동 기어(32)와 제 2 구동 기어(34)는 제 1 구동 샤프트(24A)에 결합되어 구동된다. 제 2 퀼 또는 구동 튜브(24B) 상에는, 제 3 구동 기어(36) 및 보다 작은 제 4 구동 기어(38)가 있다. 제 3 구동 기어(36)와 제 4 구동 기어(38)는 제 2 퀼 또는 구동 튜브(24B)에 결합되어 구동된다.
제 1 카운터샤프트 또는 종동 샤프트(40A)는 2개의 이격된 쌍에 배치된 4개의 자유 회전식 기어를 수용한다. 4개의 기어 각각은 구동 기어(32, 34, 36 또는 38) 중 하나와 일정하게 맞물린다. 가장 큰 감속을 제공하며 제 1 기어에 상응하는 대형의 제 1 종동 기어(42)는 제 1 구동 샤프트(24A) 상의 제 1 구동 기어(32)와 일정하게 맞물린다. 가장 작은 제 2 종동 기어(44)는 가장 작은 감속을 제공하며, 가장 큰 기어, 본 경우에 제 5 기어에 상응한다. 제 2 종동 기어(44)에 의해 제공된 비율은 1:1일 수 있거나, 또는 제 2 종동 기어(44)는 증속 구동(overdrive)을 제공할 수 있다. 제 2 종동 기어(44)는 제 1 구동 샤프트(24A) 상의 제 2 구동 기어(34)와 일정하게 맞물린다. 중간 사이즈의 제 3 종동 기어(46)는 제 4 기어와 상응하는 중간 속도비를 제공한다. 제 3 종동 기어(46)는 제 2 퀼 또는 구동 튜브(24B) 상의 제 3 구동 기어(36)와 일정하게 맞물린다. 중간 사이즈의 제 4 종동 기어(48)는 제 2 기어와 상응하는 또 다른 중간 속도비를 제공한다. 제 4 종동 기어(48)는 제 2 퀼 또는 구동 튜브(24B) 상의 제 4 구동 기어(38)와 일정하게 맞물린다. 제 1 출력 기어(50A)는 제 1 카운터샤프트 또는 종동 샤프트(40A)에 결합되어 구동된다.
제 2 카운터샤프트 또는 종동 샤프트(40B)는 이격된 쌍 내에 배치된 2개의 자유 회전식 기어를 수용한다. 기어 각각은 구동 기어와 일정하게 맞물린다. 보다 작은 제 5 종동 기어(52)는 제 3 기어와 상응하는 또 다른 중간 속도비를 제공한다. 제 5 종동 기어(52)는 제 1 구동 샤프트(24A) 상의 제 2 구동 기어(34)와 일정하게 맞물린다. 보다 큰 제 6 종동 기어(54)는 후진을 제공한다. 후진 아이들러 기어(56)는 제 2 퀼 또는 구동 튜브(24B) 상에 제 6 종동 기어(54)와 제 4 구동 기어(38) 양자와 일정하게 맞물린다. 제 2 출력 기어(50B)는 제 2 카운터샤프트 또는 종동 샤프트(40B)에 결합되어 구동된다.
제 1 출력 기어(50A)와 제 2 출력 기어(50B)는 출력 샤프트(62)를 구동하도록 결합된 출력 기어(도시하지 않음)를 공통으로 구동하도록 맞물린다. 출력 샤프트(62)는 프롭 샤프트(prop shaft), 트랜스퍼 케이스, 하나 이상의 차동 축 및 휠(모두 도시하지 않음)을 구비할 수 있는 최종 구동 조립체(final drive assembly: FDA)(64)를 교대로 구동한다. 카운터샤프트(40A, 40B) 뿐만 아니라 구동 샤프트(24A)와 구동 퀼(24B)은 볼 베어링 조립체(66)의 쌍들에 의해 회전가능하게 지지되는 것이 바람직하다.
종동 기어(42, 44, 46, 48, 52, 54)(및 그들의 연결된 구동 기어)에 의해 제공되는 실제 수치의 기어비는 차량 및 그 파워트레인의 실제 세부사항 및 소정의 특성에 근거한 설계 선택의 문제이다. 더욱이, 카운터샤프트(40A, 40B) 상의 기어(42, 44, 46, 48, 52, 54)에 대한 배치는 단지 예시이며, 인접한 기어비의 기어, 즉 제 1 기어와 제 2 기어, 제 4 기어와 제 5 기어는 하나의 입력 클러치가 하나의 기어를 제공하고 다른 입력 클러치가 인접한 기어비를 제공하도록 구성되어야 하는 상기한 조건으로 다른 구성에 배치될 수 있다.
제 1 이중 싱크로나이저 클러치(70)는 제 1 종동 기어(42)와 제 2 종동 기어(44) 중간에 배치된다. 제 1 싱크로나이저 클러치(70)는 스플라인 세트(72)에 의해 제 1 카운터샤프트(40A)에 미끄럼가능하게 결합되어 스플라인 세트(72)와 함께 회전한다. 제 1 싱크로나이저 클러치(70)는, 선택적으로 싱크로나이즈한 다음, 도 1에 도시한 바와 같이 좌측 또는 우측으로 평행운동될 때 제 1 종동 기어(42) 또는 제 2 종동 기어(44)를 제 1 카운터샤프트(40A)에 확고하게 결합하는 싱크로나이저 및 페이스(face) 또는 독(dog) 클러치(도시하지 않음)를 구비한다. 제 1 싱크로나이저 클러치(70)는 제 1 원통형 시프트 포크 바디(78)로부터 연장되는 제 1 시프트 포크(76)에 의해 결합되는 원주방향 채널 또는 홈부(74)를 구비한다.
제 2 이중 싱크로나이저 클러치(80)는 제 5 종동 기어(52)와 후진 기어(54) 중간에 배치된다. 제 2 싱크로나이저 클러치(80)는 스플라인 세트(82)에 의해 제 2 카운터샤프트(40B)에 미끄럼가능하게 결합되어 스플라인 세트(82)와 함께 회전한다. 제 2 싱크로나이저 클러치(80)는, 선택적으로 싱크로나이징한 다음, 좌측 또는 우측으로 평행운동될 때 제 5 종동 기어(52) 또는 후진 기어(54)를 제 2 카운터샤프트(40B)에 확고하게 결합하는 싱크로나이저 및 페이스 또는 독 클러치(도시하지 않음)를 구비한다. 제 2 싱크로나이저 클러치(80)는 제 2 원통형 시프트 포크 바디(88)로부터 연장되는 제 1 시프트 포크(86)에 의해 결합되는 원주방향 채널 또는 홈부(84)를 구비한다.
제 3 이중 싱크로나이즈 클러치(90)는 제 3 종동 기어(46)와 제 4 중동 기어(48) 중간에 배치된다. 제 3 싱크로나이즈 클러치(90)는 스플라인 세트(92)에 의해 제 1 카운터샤프트(40A)에 미끄럼가능하게 결합되어 스플라인 세트(92)와 함께 회전한다. 또한, 제 3 싱크로나이저 클러치(90)는, 선택적으로 싱크로나이징한 다음, 좌측 또는 우측으로 평행운동될 때 제 3 종동 기어(46) 또는 제 4 종동 기어(48)를 제 1 카운터샤프트(40A)에 확고하게 결합하는 싱크로나이저 및 페이스 또는 독 클러치(도시하지 않음)를 구비한다. 제 3 싱크로나이저 클러치(90)는 제 3 원통형 시프트 포크 바디(98)로부터 연장되는 제 3 시프트 포크(96)에 의해 결합되는 원주방향 채널 또는 홈부(94)를 구비한다.
제 1 시프트 포크 바디(78)와 제 3 시프트 포크 바디(98) 양자는 제 1 고정식 시프트 레일 또는 로드(102)를 미끄럼가능하게 수용하는 원통형 보더를 통해 형성한다. 이에 따라, 시프트 포크 바디(78, 98)는 제 1 시프트 레일(102)을 따라 양방향으로 자유롭게 평행운동한다. 당업자는 포크 바디(78, 98)가 별개의 레일 상에 장착되어 보유될 수 있으며, 이 경우 전체의 포크 및 레일 조립체는 작동 동안에 베어링 포켓 내에서 평행운동한다. 제 1 시프트 포크 바디(78)는 제 1 캠 또는 트랙 팔로어(104)를 구비하고, 제 3 시프트 포크 바디(98)는 제 3 스프링 가압식 캠 또는 트랙 팔로어(108)를 구비한다. 제 3 캠 또는 트랙 팔로어(108)는 도 4에 도시한 압축 스프링(110)에 의해 반경방향 외측으로 가압된다. 다른 캠 팔로어 메커니즘이 동일한 기능을 제공할 수 있다. 또한, 제 2 시프트 포크 바디(88)는 제 2 고정식 시프트 레일 또는 로드(112)를 미끄럼가능하게 수용하는 원통형 보어를 통해 형성한다. 이에 따라, 제 2 시프트 포크 바디(88)는 제 2 시프트 레일(112)을 따라 양방향으로 자유롭게 평행운동한다. 제 2 시프트 포크 바디(88)는 제 2 캠 또는 트랙 팔로어(106)를 구비한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제 1 시프트 레일(102)과 제 2 시프트 레일(112) 사이에는 원통형 또는 배럴 캠 조립체(120)가 중앙에 배치된다. 배럴 캠 조립체(120)는 원통형 관통 개구(124)를 형성하며, 제 1 시프트 포크 바디(78)의 제 1 캠 또는 트랙 팔로어(104)에 의해 결합되는 제 1 캠 트랙(126); 제 2 시프트 포크 바디(88)의 제 2 캠 또는 트랙 팔로어(106)에 의해 결합되는 제 2 캠 트랙(128); 및 제 3 시프트 포크 바디(98)의 제 3 스프링 가압식 캠 또는 트랙 팔로어(108)에 의해 결합되는 제 3 복잡한 캠 트랙(130);을 갖는 회전식 배럴 캠(122)을 구비한다.
배럴 캠(122)은 감속 기어 트레인 조립체(136)의 출력부에 결합되어 구동되는 샤프트(134)에 고정되어 회전을 위해 지지된다. 샤프트(134)와 배럴 캠(122)의 현재의 회전 위치에 관한 데이터 또는 신호를 제공하는 회전 위치 센서(138)는 샤프트(134)와 감지 관계에 있는 기어 트레인 조립체(136)에 근접하게 또는 그 내에 배치된다. 기어 트레인 조립체(136)는 양방향 전기 또는 유압 모터(140)에 의해 교대로 구동된다.
제 1 클러치 오퍼레이터(22A), 제 2 클러치 오퍼레이터(22B) 및 전기 또는 유압 모터(140)는 위치 센서(138)로부터의 피드백 데이터 또는 신호 및 시프트 명령어 등의 다른 명령어를 구비하는 트랜스미션 제어 모듈(transmission control module: TCM)(142)의 제어하에 있는 것이 바람직하다. 일반적으로, 트랜스미션 제어 모듈(142)은 다른 차량 전자 명령 및 작동 시스템(도시하지 않음)과 연결될 것이며, 다른 차량 전자 명령 및 작동 시스템(도시하지 않음)에 물리적으로 통합될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 배럴 캠(122)의 플랫 패턴 레이아웃을 도시한다. 당초에, 도 3의 레이아웃은 시프트 활동에 관하여 서로에 대해 3개의 캠 트랙(126, 128, 130)의 시프트 패널을 제공한다. 트랙이 캠 또는 트랙 팔로어(104, 106, 108)의 원주방향 위치에 따르기 때문에, 트랙의 승강에 대한 실제의 원주방향 위치를 도시하지 않는다. 즉, 제 1 캠 팔로어(104)와 제 3 캠 팔로어(108) 등의 2개의 캠 또는 트랙 팔로어가 배럴 캠(122)의 일측부 상에 배치되고, 제 2 캠 팔로어(106)가 배럴 캠(122)의 대향 측부 상에 다른 팔로어(104, 108)로부터 180°로 배치되면, 소정의 시프트 관계 및 순차를 제공하면서 180°변위된 캠 팔로어(106)와 연동하기 위해, (중앙의) 제 2 캠 트랙(128)은 도 3에 도시한 위치로부터 180°회전 또는 변위될 필요가 있을 것이다.
즉, 배럴 캠(122)이 전기 또는 유압 모터(140)에 의해 회전됨에 따라, 한 쌍의 기어 선택, 즉 후진-제 1 기어, 제 1 기어-제 2 기어, 제 2 기어-제 3 기어 등에 의해 각각 형성된 또는 지정된 6개의 별개의 작동 위치를 성취한다. 이러한 이중 지정은 3가지 고려사항의 결과이다. 첫째로, 2개의 지정된 기어 중 하나만이 한번에 작동하거나 또는 결합된다. 두 번째로, 배럴 캠(122)의 회전에 의해 성취된 기어 시프트는 연결된 입력 클러치(20A, 20B)가 작동하지 않는 기어와 함께할 때에만 발생한다. 세 번째로, 2개의 지정된 기어는 항상 제 1 입력 클러치(20A)와 연결된 하나의 기어, 및 제 2 입력 클러치(20B)와 연결된 또 다른 기어이다. 이로써, 하나의 기어(및 연결된 입력 클러치)가 작동하지만, 인접한 기어는 작동하지 않고 변경될 수 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 자립형 기어 상태는 다른 샤프트에서의 기어 사전 선택 없이 성취될 수 있다.
이에 따라, 후진-제 1 기어(도 3에서의 R-1) 상태에서, 제 2 시프트 포크 바디(88)와 제 2 싱크로나이저 클러치(80)는 제 6 종동 기어(54)를 제 2 카운터샤프트(40B)에 싱크로나이징하여 연결하도록 우측으로 평행운동하고, 제 1 시프트 포크 바디(78)와 제 1 싱크로나이저 클러치(80)는 제 1 종동기어(42)를 제 1 카운터샤프트(40A)에 싱크로나이징하여 연결하도록 좌측으로 평행운동한다. 그 다음, 제 1 입력 클러치(20B)는 제 4 구동 기어(38), 후진 아이들러 기어(56), 제 6 종동 기어(54) 및 제 2 카운터샤프트(40B)를 통해 후진을 제공하도록 결합되거나, 또는 제 1 입력 클러치(20A)는 제 1 구동 기어(32), 제 1 종동 기어(42) 및 제 1 카운터샤프트(40A)를 통해 제 1 기어를 제공하도록 결합될 수 있다.
제 1 기어에 있는 동안에, 전기 또는 유압 모터(140)가 배럴 캠(122)을 제 1 위치-제 2 위치(도 3에서의 1-2)로 회전하도록 전력 공급될 수 있다. 이러한 회전 동안에, 제 1 시프트 포크 바디(78)와 제 1 싱크로나이저 클러치(70)는 소정 위치에 유지되고, 제 1 입력 클러치(20A)가 제 1 기어를 제공하도록 결합 유지되는 한편, 제 3 시프트 포크 바디(98)는 평행운동하고 제 3 싱크로나이저 클러치(90)는 제 4 중동 기어(48)를 제 1 카운터샤프트(40A)에 싱크로나이징하여 연결한다. 요구되거나 명령될 때, 제 1 입력 클러치(20A)는 해제되고, 제 2 입력 클러치(20B)는 제 4 구동 기어(38)와 제 4 종동 기어(48)를 통해 제 2 기어를 제공하도록 결합된다.
트랜스미션(10)이 통상적인 업시프트 순서를 통해 전진하고 있다면, 제 4 종동 기어(48)와 제 2 입력 클러치(20B)가 제 2 기어를 제공하도록 결합되는 동안에, 전기 또는 유압 모터(140)는 배럴 캠(122)을 제 2 기어-제 3 기어 위치(도 3에서의 2-3)로 회전하도록 전력 공급된다. 이 위치에서, 제 2 시프트 포크 바디(88)는 좌측으로 이동해 있고, 제 2 싱크로나이저 클러치(80)는 제 3 기어를 제공하도록 제 5 종동 기어(52)를 제 2 카운터샤프트(40B)로 싱크로나이징하여 결합해 있다. 이에 따라, 제 2 클러치(20B)를 개방하고 제 1 클러치(20A)를 결합하면 제 3 기어를 제공한다.
다시 한번, 제 5 종동 기어(52)가 결합된 동안에, 배럴 캠(122)은 제 3 기어-제 4 기어 위치(3-4)로 회전될 수 있다. 현재, 제 3 시프트 포크 바디(98)와 제 3 싱크로나이저 클러치(90)는 제 3 종동 기어(46)를 제 4 기어를 제공하는 제 1 카운터샤프트(40A)에 싱크로나이징하여 연결하도록 좌측으로 평행운동한다. 이에 따라, 제 1 클러치(20A)를 개방하고 제 2 클러치(20B)를 결합하면 제 4 기어를 제공한다. 제 1 구동 기어(34), 제 2 종동 기어(44) 및 제 1 카운터샤프트(40A)를 통해 제공되는 트랜스미션(10)의 제 5 전방 속도는 제 1 시프트 포크 바디(78)와 제 1 싱크로나이저(70)의 우측으로의 평행운동, 제 2 입력 클러치(20B)의 해제, 및 제 1 입력 클러치(20A)의 결합에 의해 유사한 방식으로 성취된다. 배럴 캠(122)은 또 다른 제 6 위치(5-2)로 회전될 수 있다. 이 위치는 제 5 기어에 있는 동안에 매우 신속한 차량 가속의 필요성이 있을 때 발생할 수 있는 제 2 기어 스킵-다운시프트(second gear skip-downshift)로의 제 5 기어의 준비를 위한 것이다. 배럴 캠(122)의 또 다른 회전은 순차적인 다운시프트를 허용하도록 제 5 기어에 제 4 기어 다운시프트를 마련한다. 이 경우, 제 4 기어-제 5 기어 위치(4-5)에서, 제 5에서 제 2로의 기어 스킵 다운시프트에 대한 필요성이 개시되고; 배럴 캠(122)은 제 5 기어-제 2 기어 위치(5-2)로 회전될 수 있다. 그러나, 실제의 클러치 대 클러치가 완료되기 바로 전에 운전자가 마음을 바꾸면, 제 4 기어-제 5 기어 위치(4-5)로 복귀하도록 요구될 수 있다. 이는 배럴 캠(122)이 마음 바꾼 위치[Change-Of-Mind (COM) position]로 더욱 전진하게 회전한 다음, 배럴 캠(122)이 통상적으로 순차적인 다운시프트가 발생할 수 있는 제 4 기어-제 5 기어 위치(4-5) 후방으로 회전함으로써 성취된다. 이러한 구성은 제 5에서 제 2 기어 다운시프트를 성취하는 한편, 그와 동시에 시프트 조립체가 스킵 다운시프트로 되돌려서 계속하여 통상적일 수 있는 마음 바꾼 상황을 허용하는 기능을 제공한다. 이와 같이 특수화된 다운시프트를 성취하는 부품은 후술될 것이다.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 도 2에서의 제 1 캠 트랙(126)과 제 2 캠 트랙(128)를 검사하면, 그들의 균일한 양방향성 특성이 나타나는데, 다시 말하면, 이들은 배럴 캠(122)의 시계방향 또는 반시계방향 회전에 의해 소정의 위치가 성취되는가에 따른 동일한 측방향 위치를 명령하는 단일의 연속적인 트랙들을 형성한다. 이는 복잡한 제 3 캠 트랙(130)의 경우에는 해당하지 않는다. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제 3 캠 트랙(130)은, 제 3 캠 트랙(130)이 방향 감지를 효과적으로 하게 하는 숄더 또는 단차부를 구비한다.
2-3 위치와 3-4 위치 사이의 제 1 숄더 또는 단차부(132A)는, 2-3 위치로부터 3-4 위치로 이동하지만 트랙(130R)을 따라 트랙(130)으로 반대방향으로 캠 팔로어(108)가 직선 운동하게 지향(허용)함에 따라 제 3 스프링 가압식 캠 팔로어(108)를 좌측 트랙(130L)으로 지향시킨다. 좌측 트랙(130L)은 2-3 위치로부터 단차부(132C)로 시작하는 깊이에서 매끄럽고 상측으로의 램프를 갖는다. 우측 트랙(130R)은 5-2 위치로부터 제 1 숄더 또는 단차부(132A)로 시작하는 깊이에서 매끄럽고 상측으로의 램프를 갖는다. 마찬가지로, 4-5 위치와 5-2 위치 사이의 제 2 숄더 또는 단차부(132B)는, 4-5 위치로부터 5-2 위치로 이동하지만 트랙(130L)을 따라 반대방향으로 캠 팔로어(108)가 직선 운동하게 지향(허용)함에 따라 좌측 트랙(130L)으로부터 우측 트랙(130R)으로 제 3 캠 팔로어(108)를 지향시킨다. 또한, 4-5 위치와 5-2 위치 사이의 제 3 숄더 또는 단차부(132C)는, 좌측 트랙(130L)으로부터 우측 트랙(130R)으로 배럴 캠(122)의 일 회전방향으로 제 3 캠 팔로어(108)를 지향시키고, 제 3 캠 팔로어(108)가 5-2 위치로부터 4-5 위치로 그리고 그 이상으로 이동함에 따라 제 3 캠 팔로어(108)가 우측 트랙(130R)에 유지하는 것을 보장한다. 제 4 숄더 또는 단차부(132D)는, 배럴 캠(122)이 5-2 위치 이상으로 회전되면 제 3 캠 팔로어(108)가 좌측 트랙(130L)(및 제 4 기어)으로 복귀하는 것을 보장하도록 배치된다. 이에 따라, 상술한 바와 같이, 트랜스미션 제어 모듈(142)의 제어 하에 있는 배럴 캠(122)의 회전 정도에 따라서, 제 5 기어로부터 우측 트랙(130R)을 따르는 제 2 기어 또는 좌측 트랙(130L)을 따르는 제 4 기어로의 다운시프트가 성취될 수 있다.
스프링 가압식 팔로어(108) 및 숄더 또는 단차부(132)로의 변형된 구성은 도 5에 도시되어 있다. 여기서, 선회하는 스프링 가압식 폴 또는 게이트(pivoting, spring biased pawl or gate)(150)는 밸러 캠(122) 상의 제 3 트랙(130) 내에 그리고 캠 트랙(130L, 130R) 사이에 배치된다. 폴 또는 게이트(150)는 피봇 핀(152) 상에서 제한된 선회 이동을 위해 장착되어, 스프링(154)에 의해 도 5에 도시한 위치로 가압된다. 스프링(154)은 리프 스프링, 피봇 핀(152) 둘레에 배치된 원통형 스프링, 또는 게이트(150)에 적절한 가압력 또는 복원력을 제공하는 임의의 다른 구성일 수 있다. 제 3 캠 트랙(130') 내에는 종래의 (비스프링 가압식) 제 3 캠 팔로어(156)가 배치된다.
스프링 가압식 게이트(150)는, 제 3 시프트 포크 바디(98) 및 관련 부품에 동일한 방향 감지 동작을 제공하며, 스프링 가압식 팔로어(108) 및 숄더 또는 단차부(132)와 동일한 캠 위치에서 이용될 수 있다. 예를 들면, 2-3과 3-4 시프트 위치 사이의 좌측 트랙(130L)과 우측 트랙(130R)의 교차 지점에서, 스프링 가압식 게이트(150)는 배럴 캠(122)의 일 회전방향 동안에 제 3 캠 팔로어(156)를 좌측 트랙(130L)으로 지향시키지만, 캠 트랙(130R)을 따라 반대 회전방향으로 캠 팔로어(156)를 직선으로 지향시킨다.
도 6은 배럴 캠(122) 등의 배럴 캠 상에 4개의 캠 트랙(162, 164, 166, 168)을 갖는 변형 시프트 패턴(160)을 제공한다. 기본적으로, 제 2 및 제 4 기어와 관련된 도 1 내지 도 5에 도시한 실시예의 제 3 트랙(130)은 2개의 완전히 독립적인 트랙(164, 166)으로 분리되어 있다. 이러한 분리는 개선된 설계 및 시프트 유연성을 제공한다. 트랙(164, 166) 내에서의 변형 시프트 패턴(160)은 스프링 가압식 팔로어(108) 및 숄더 또는 단차부(132), 혹은 스프링 가압식 게이트(150)를 몇 가지의 위치에서 이용한다. 이에 따라, 배럴 캠이 업시프트를 제공하는 방향으로 회전하고 있는 경우에, 캠 팔로어 경로 및 위치 그리고 선택된 기어는 캠 트랙(162, 164, 166, 168)의 검정 실선에 의해 나타내어진다. 그러나, 배럴 캠이 후진방향으로 회전하고 있는 경우에, 캠 트랙(164, 166) 내의 캠 팔로어 경로 및 위치 그리고 선택된 기어는 점선으로 나타내어진다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 도 7은 도 3의 레이아웃과 유사하지만 임의의 사전 선택 없이 기어 상태를 제공하는, 본 발명에 따른 배럴 캠 시프트 조립체(120)에 사용되는 배럴 캠(122)의 3개의 캠 트랙에 대한 변형된 플랫 패턴 레이아웃을 도시한다. 다시 한번, 제 1 및 제 5 기어 및 제 3 및 후진 기어와 연결된 2개의 캠 트랙이 방향 감지하는 것이 아니라, 제 2 및 제 4 기어를 위한 제 3 트랙의 기어 상태가 방향 감지한다. 제 3 (우측) 트랙에서, 숄더 또는 단차부(132A) 및 스프링 가압식 캠 팔로어(108)(도 4에 도시함), 혹은 폴 또는 게이트(150)(도 5에 도시함)는 방향 감지를 제공하도록 이용될 수 있다. 이에 따라, 상측 기어에서, 제 2 기어 또는 제 4 기어가 선택되는지의 여부는 회전방향 및 배럴 캠(122)의 이전 활동에 따라 다르다.
따라서, 본 발명의 배럴 캠 시프트 조립체(120)를 내장하는 듀얼 클러치 트랜스미션(10)은, 단일의 배럴 캠 및 전기 또는 유압 모터 구동 조립체와 함께 종래의 업시프트 순서를 입증할 수 있을 뿐만 아니라, 도 4 및 도 5에 도시한 방향 감지 조립체로 인한 스킵 다운시프트를 제공할 수 있다.
본 발명의 기재는 단지 예시이며, 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않는 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위 그리고 특허청구범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않는다.

Claims (10)

  1. 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘(barrel cam shift mechanism)에 있어서,
    양방향 평행운동을 위해 배치되며, 스프링 가압식 부재를 갖는 제 1 캠 팔로어(cam follower)를 구비한 제 1 시프트 포크 바디(shift fork body);
    양방향 평행운동을 위해 배치되며, 제 2 캠 팔로어를 구비한 제 2 시프트 포크 바디;
    축 둘레를 회전하도록 배치되며, 상기 제 1 캠 팔로어의 상기 스프링 가압식 부재를 수용하는 제 1 캠 트랙(cam track) 및 상기 제 2 캠 팔로어를 수용하는 제 2 캠 트랙을 갖는 배럴 캠(barrel cam); 및
    상기 배럴 캠을 양방향으로 회전시키는 구동 수단(drive means);을 포함하며,
    상기 제 1 캠 트랙은, 상기 배럴 캠의 회전에 응답하여 하나의 기어를 결합하도록 상기 제 1 캠 트랙의 일부분을 따라 상기 제 1 캠 팔로어를 일방향으로 지향시키며, 상기 배럴 캠의 회전에 응답하여 상기 하나의 기어와는 다른 또 다른 기어를 결합하도록 상기 제 1 캠 트랙의 상기 일부분으로부터 축방향으로 이격되고(axially spaced) 원주방향으로 이웃한(circumferentially adjacent) 상기 제 1 캠 트랙의 다른 부분을 따라 상기 제 1 캠 팔로어를 반대방향으로 지향시키는 수단을 갖고,
    상기 제 1 및 제 2 캠 트랙은, 트랜스미션의 인접한 기어비의 쌍의 결합을 성취하는 복수의 위치를 형성하는
    트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 시프트 포크 바디 각각에 연결되어 평행이동되는 하나 이상의 싱크로나이저 클러치(synchronizer clutch)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘.
  3. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 카운터샤프트와, 상기 카운터샤프트 상에 배치된 복수의 기어를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배럴 캠은 샤프트 상에서의 회전을 위해 지지되며, 상기 샤프트는 상기 구동 수단에 결합되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배럴 캠은 제 3 캠 트랙과, 제 4 캠 트랙을 구비하는 것을 특징으로 하는 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구동 수단은 양방향 전기 모터(bi-directional electric motor)와, 감속 기어 트레인(speed reducing gear train)을 구비하는 것을 특징으로 하는 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배럴 캠은 상기 구동 수단에 의해 구동되는 샤프트에 결합되며, 상기 구동 수단은 상기 샤프트의 회전 위치를 검출하는 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 트랜스미션용 배럴 캠 시프트 메커니즘.
  8. 듀얼 클러치 트랜스미션용 캠 트랙 시프트 메커니즘(cam track shift mechanism)에 있어서,
    제 1 이격된 기어 쌍(pair of gears), 및 상기 제 1 이격된 기어 쌍들 사이에 배치된 제 1 싱크로나이저 클러치(synchronizer clutch);
    양방향 평행운동을 위해 배치되며, 상기 제 1 싱크로나이저 클러치를 결합하는 제 1 포크와, 제 1 캠 팔로어를 갖는 제 1 시프트 포크 바디(shift fork body);
    제 2 이격된 기어 쌍, 및 상기 제 2 이격된 기어 쌍들 사이에 배치된 제 2 싱크로나이저 클러치;
    양방향 평행운동을 위해 배치되며, 상기 제 2 싱크로나이저 클러치를 결합하는 제 2 포크와, 제 2 캠 팔로어를 갖는 제 2 시프트 포크 바디;
    축 둘레를 회전하기 위해 배치되며, 상기 제 1 캠 팔로어를 수용하는 제 1 캠 트랙과, 상기 제 2 캠 팔로어를 수용하는 제 2 캠 트랙을 갖는 원통형 캠 바디(cylindrical cam body); 및
    상기 캠 바디를 구동하는 출력부를 갖는 감속 조립체를 구동하는 출력부를 구비한 양방향 전기 모터(bi-directional electric motor);를 포함하며,
    상기 제 1 캠 트랙은, 상기 캠 바디의 회전에 응답하여 제 1 기어를 결합하도록 상기 제 1 캠 트랙의 제 1 부분을 향해 상기 제 1 캠 팔로어를 일방향으로 안내하며, 상기 캠 바디의 회전에 응답하여 상기 제 1 기어와는 다른 제 2 기어를 결합하도록 상기 제 1 캠 트랙의 상기 제 1 부분으로부터 축방향으로 오프셋(axially offset)되고 원주방향으로 이웃한(circumferentially adjacent) 상기 제 1 캠 트랙의 제 2 부분을 향해 상기 제 1 캠 팔로어를 반대방향으로 안내하는 수단을 갖고,
    상기 제 1 및 제 2 캠 트랙은, 트랜스미션의 인접한 기어비의 선택된 쌍에 대응하는 별개의 위치를 형성하는
    듀얼 클러치 트랜스미션용 캠 트랙 시프트 메커니즘.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제 1 캠 팔로어는 스프링 가압식 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 듀얼 클러치 트랜스미션용 캠 트랙 시프트 메커니즘.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 안내 수단은 스프링 가압식 게이트(spring biased gate)를 구비하는 것을 특징으로 하는 듀얼 클러치 트랜스미션용 캠 트랙 시프트 메커니즘.
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