KR101448789B1

KR101448789B1 - 차량용 자동변속기의 유성기어트레인

Info

Publication number: KR101448789B1
Application number: KR1020130068321A
Authority: KR
Inventors: 노명훈; 서강수; 국재창
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: CN104235283A; US8864618B1; DE102013114948A1; DE102013114948B4; CN104235283B

Abstract

차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 자동변속기의 유성기어트레인은 엔진의 동력을 전달받는 입력축; 변속된 회전동력을 출력하는 출력축; 3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상에 배치되는 제1 유성기어세트; 3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제1 유성기어세트의 후측에 배치되는 제2 유성기어세트; 3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제2 유성기어세트의 후측에 배치되는 제3 유성기어세트; 3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제3 유성기어세트의 후측에 배치되는 제4 유성기어세트; 상기 제1, 제2 유성기어세트의 회전요소 중, 어느 하나씩의 회전요소로 상호 연결되어 변속기 하우징과 선택적으로 연결되는 제1 회전축; 상기 제1 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제1 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소로 이루어지는 제2 회전축; 상기 제1, 제2 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제1 유성기어세트의 회전요소로서, 상기 입력축과 직접 연결되는 제3 회전축; 상기 제1 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제2 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소로서, 상기 제2 회전축 또는 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제4 회전축; 상기 제1, 제4 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제2 유성기어세트의 회전요소와, 상기 제3, 제4 유성기어세트의 회전요소 중, 각각 하나씩의 회전요소로 이루어지는 제5 회전축; 상기 제5 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제4 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소로서, 상기 입력축 또는 제2 회전축과 선택적으로 연결되는 제6 회전축; 상기 제5 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제3 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소와, 상기 제5, 제6 회전요소를 구성하는 회전요소에서 제외된 제4 유성기어세트의 회전요소로 이루어져 출력축과 연결되는 제7 회전축; 상기 제5, 제7 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제3 유성기어세트의 회전요소로 이루어져 변속기 하우징과 선택적으로 연결되는 제8 회전축; 상기 회전축의 선택적 연결부에 개재되는 6개의 마찰부재를 포함한다.

Description

차량용 자동변속기의 유성기어트레인{PLANETARY GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 자동변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 저감시킬 수 있도록 하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인에 관한 것이다.

통상적으로 자동변속기의 다단 변속 메커니즘은 다수의 유성기어세트를 조합하여 구현된다. 이러한 유성기어트레인은 토크 컨버터로부터 전달되는 회전동력을 다단으로 자동 변속하여 출력축에 전달하는 기능을 한다.

자동 변속은 구현 가능한 변속단이 많을수록 보다 적절한 변속비의 설계가 가능할 뿐만 아니라 동력성능 및 연비 면에서 우수한 차량을 구현할 수 있도록 해준다. 이에 따라, 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 자동변속기용 유성기어트레인의 꾸준한 연구가 이루어지고 있다.

상기와 같은 유성기어트레인은 동일 변속단을 구현하더라도 회전요소(선기어, 유성캐리어, 링기어)의 연결 구성에 따라 상이한 작동 메카니즘을 갖는다.

또한, 유성기어트레인은 그 연결 구성에 따라 내구성, 동력전달효율, 크기 등이 달라지는 특성이 있다. 이에, 자동변속기 분야에서는 보다 견고하고, 동력손실이 없으며, 콤팩트(Compact)한 기어트레인의 제작을 위해 연구 개발이 지속되고 있다.

이러한 측면에서, 현재 통상적으로 사용되고 있는 자동변속기는 4속 및 5속 자동변속기가 주류를 이루고 있으나, 최근에는 6속 및 7속 자동변속기가 상용화되고 있는 추세이며, 그 이상의 변속단을 구현할 수 있는 유성기어트레인의 연구 개발도 활발하게 진행되고 있다.

본 발명의 실시 예는 다수의 유성기어세트와 다수의 마찰요소의 조합으로 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 구현하되, 각 변속단에서 3개의 마찰요소가 작동되면서 비작동 마찰요소를 최소화하여 드래그 토크를 저감시킴으로써, 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진의 동력을 전달받는 입력축; 변속된 회전동력을 출력하는 출력축; 3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상에 배치되는 제1 유성기어세트; 3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제1 유성기어세트의 후측에 배치되는 제2 유성기어세트; 3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제2 유성기어세트의 후측에 배치되는 제3 유성기어세트; 3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제3 유성기어세트의 후측에 배치되는 제4 유성기어세트; 상기 제1, 제2 유성기어세트의 회전요소 중, 어느 하나씩의 회전요소로 상호 연결되어 변속기 하우징과 선택적으로 연결되는 제1 회전축; 상기 제1 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제1 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소로 이루어지는 제2 회전축; 상기 제1, 제2 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제1 유성기어세트의 회전요소로서, 상기 입력축과 직접 연결되는 제3 회전축; 상기 제1 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제2 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소로서, 상기 제2 회전축 또는 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제4 회전축; 상기 제1, 제4 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제2 유성기어세트의 회전요소와, 상기 제3, 제4 유성기어세트의 회전요소 중, 각각 하나씩의 회전요소로 이루어지는 제5 회전축; 상기 제5 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제4 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소로서, 상기 입력축 또는 제2 회전축과 선택적으로 연결되는 제6 회전축; 상기 제5 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제3 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소와, 상기 제5, 제6 회전요소를 구성하는 회전요소에서 제외된 제4 유성기어세트의 회전요소로 이루어져 출력축과 연결되는 제7 회전축; 상기 제5, 제7 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제3 유성기어세트의 회전요소로 이루어져 변속기 하우징과 선택적으로 연결되는 제8 회전축; 상기 회전축의 선택적 연결부에 개재되는 6개의 마찰부재를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인을 제공할 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어질 수 있다.

또한, 제1 회전축은 제1 선기어와 제2 선기어로 이루어지고, 제2 회전축은 제1 유성캐리어로 이루어지며, 제3 회전축은 제1 링기어로 이루어지고, 제4 회전축은 제1 유성캐리어로 이루어지며, 제5 회전축은 제2 링기어 제3, 제4 선기어로 이루어지고, 제6 회전축은 제4 유성캐리어로 이루어지며, 제7 회전축은 제3 유성캐리어와 제4 링기어로 이루어지고, 제8 회전축은 제3 링기어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 6개의 마찰부재는 제2 회전축과 제4 회전축 사이에 배치되는 제1 클러치; 제2 회전축과 제6 회전축 사이에 배치되는 제2 클러치; 입력축과 제6 회전축 사이에 배치되는 제3 클러치; 제1 회전축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크; 제4 회전축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크; 제8 회전축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제3 브레이크를 포함할 수 있다.

또한, 6개의 마찰부재 중, 3개의 마찰부재가 동시 체결에 의하여 구현되는 변속단은 제2 클러치와 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제1 변속단; 제1 클러치와 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제2 변속단; 제1 클러치와 제1, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제3 변속단; 제2 클러치와 제1, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제4 변속단; 제1, 제2 클러치와 제1 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제5 변속단; 제1, 제2, 제3 클러치의 동시 작동에 의해 달성되는 제6 변속단; 제1, 제3 클러치와 제1 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제7 변속단; 제1, 제3 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제8 변속단; 제3 클러치와 제1, 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제9 변속단; 제2, 제3 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제10 변속단; 제1, 제2 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 후진 변속단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 단순유성기어세트로 이루어지는 4개의 유성기어세트를 6개의 마찰요소로 조합하여 전진 10속의 변속단을 구현하여 동력전달성능 및 연비를 향상시킬 수 있다.

그리고 각 변속단별 3개의 마찰요소가 작동하면서 비작동 마찰요소를 최소화하여 드래그 토크를 저감시켜 동력 손실을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 마찰요소의 각 변속단별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 변속선도로서,
도 3A는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 1속 변속단의 변속선도이다.
도 3B는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 2속 변속단의 변속선도이다.
도 3C는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 3속 변속단의 변속선도이다.
도 3D는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 4속 변속단의 변속선도이다.
도 3E는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 5속 변속단의 변속선도이다.
도 3F는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 6속 변속단의 변속선도이다.
도 3G는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 7속 변속단의 변속선도이다.
도 3H는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 8속 변속단의 변속선도이다.
도 3I는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 9속 변속단의 변속선도이다.
도 3J는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 10속 변속단의 변속선도이다.
도 3K는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 후진 변속단의 변속선도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 통하여 상세하게 설명한다.

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.

하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 동일 축선상에 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)와, 입력축(IS)과, 출력축(OS)과, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 각 회전요소를 상호 직접 연결하는 8개의 회전축(TM1 ~ TM8)과, 6개의 마찰요소(C1 ~ C3)(B1 ~ B3)와, 변속기 하우징(H)을 구비하고 있다.

이에 따라, 입력축(IS)으로부터 입력되는 회전동력이 상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 상호 보완작동에 의해 변속되어 출력축(OS)을 통해 출력된다.

그리고 상기 각 단순 유성기어세트는 엔진 측으로부터 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 순으로 배치된다.

상기 입력축(IS)은 입력부재로서 엔진의 크랭크 샤프트로부터의 회전동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어져 입력된다.

상기 출력축(OS)은 출력부재로서 차동장치를 통해 구동륜을 구동시키도록 구동력을 전달한다.

상기 제1 유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 선기어(S1)와, 상기 제1 선기어(S1)와 외접으로 맞물리는 제1 피니언(P1)을 지지하는 제1 유성캐리어(PC1)와, 상기 제1 피니언(P1)과 내접으로 맞물리는 제1 링기어(R1)를 회전요소로 포함한다.

상기 제2 유성기어세트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제2 선기어(S2), 상기 제2 선기어(S2)와 외접으로 맞물리는 제2 피니언(P2)을 지지하는 제2 유성캐리어(PC2), 상기 제2 피니언(P2)과 내접으로 맞물리는 제2 링기어(R2)를 포함한다.

상기 제3 유성기어세트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제3 선기어(S3), 상기 제3 선기어(S3)와 외접으로 맞물리는 제3 피니언(P3)을 지지하는 제3 유성캐리어(PC3), 상기 제3 피니언(P3)과 내접으로 맞물리는 제3 링기어(R3)를 포함한다.

상기 제4 유성기어세트(PG4)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제4 선기어(S4), 상기 제4 선기어(S4)와 외접으로 맞물리는 제4 피니언(P4)을 지지하는 제4 유성캐리어(PC4), 상기 제4 피니언(P4)과 내접으로 맞물리는 제4 링기어(R4)를 포함한다.

그리고 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)는 각각 독립적인 유성기어세트로서 작동하고, 제3, 제4 유성기어세트(PG3)(PG4)는 상호 조합되어 하나의 복합 유성기어세트(Compound Planetary Gear Set ; CPG))로 작동하면서 입력축(IS)으로부터 전달되는 회전동력을 전진 10속의 변속단으로 출력한다.

상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)는 순차적으로 적어도 하나 이상의 회전요소가 상호 직접 연결된다.

구체적으로는 상기 제1 유성기어세트(PG1)는 제1 선기어(S1)가 제2 유성기어세트(PG2)의 제2 선기어(S2)와 연결되고, 상기 제2 유성기어세트(PG2)의 제2 링기어(R2)는 제3 유성기어세트(PG3)의 제3 선기어(S3)와 연결된다.

그리고 상기 제3 유성기어세트(PG3)는 제3 선기어(S3)와 제3 유성캐리어(PC3)가 각각 제4 유성기어세트(PG4)의 제4 선기어(S4)와 제4 링기어(R4)에 연결된다.

이에 따라 본 실시예에 따른 유성기어트레인은 상기의 연결 구성에 의하여 모두 8개의 회전멤버(TM1 ~ TM8)를 보유하면서 작동한다.

상기 8개의 회전축(TM1 ~ TM8)의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1 회전축(TM1)은 제1 선기어(S1)와 제2 선기어(S2)를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결된다.

상기 제2 회전축(TM2)은 제1 유성캐리어(PC1)를 포함하여 이루어진다.

상기 제3 회전축(TM3)은 제1 링기어(R1)를 포함하여 이루어지며, 입력축(IS)과 연결된다.

상기 제4 회전축(TM4)은 제2 유성캐리어(PC2)를 포함하여 이루어지며, 상기 제2 회전축(TM2) 또는 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결된다.

상기 제5 회전축(TM5)은 제2 링기어(R2)와 제3, 제4 선기어(S3)(S4)를 포함하여 이루어진다.

상기 제6 회전축(TM6)은 제4 유성캐리어(PC4)를 포함하여 이루어지며, 상기 입력축(IS) 또는 제2 회전축(TM)에 선택적으로 연결된다.

상기 제7 회전축(TM7)은 제3 유성캐리어(PC3)와 제4 링기어(S4)를 포함하여 이루어지며, 출력축(OS)과 직접 연결된다.

상기 제8 회전축(TM8)은 제3 링기어(R3)를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징과 선택적으로 연결된다.

그리고 상기 회전축(TM1 ~ TM8)중, 입력축(IS) 또는 회전축끼리 선택적으로 연결되는 부위에는 마찰요소인 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)가 배치된다.

또한, 상기 회전축(TM1 ~ TM8) 중, 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되어 부위에는 마찰요소인 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)가 배치된다.

상기 제1 클러치(C1)는 제2 회전축(TM2)과 제4 회전축(TM4) 사이에 개재되어 제2, 제4 회전축(TM2)(TM4)을 선택적으로 연결한다.

상기 제2 클러치(C2)는 제2 회전축(TM2)과 제6 회전축(TM6) 사이에 개재되어 제2, 제6 회전축(TM2)(TM6)을 선택적으로 연결한다.

상기 제3 클러치(C3)는 입력축(IS)과 제6 회전축(TM6) 사이에 개재되어 입력축(IS)과 제6 회전축(TM6)을 선택적으로 연결한다.

상기 제1 브레이크(B1)는 제1 회전축(TM1)과 변속기 하우징(H) 사이에 개재되어 제1 회전축(TM1)이 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 한다.

상기 제2 브레이크(B2)는 제4 회전축(TM4)과 변속기 하우징(H) 사이에 개재되어 상기 제4 회전축(TM4)이 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 한다.

상기 제3 브레이크(B3)는 제8 회전축(TM8)과 변속기 하우징(H) 사이에 개재되어 상기 제8 회전축(TM8)이 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 한다.

상기에서 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 각 마찰요소는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 마찰요소의 각 변속단별 작동표이다.

도 2에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 각 변속단에서 3개의 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어진다.

전진 1속 변속단(1ST)은 제2 클러치(C2)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 2속 변속단(2ND)은 제1 클러치(C1)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 3속 변속단(3RD)은 제1 클러치(C1)와 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 4속 변속단(4TH)은 제2 클러치(C2)와 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 5속 변속단(5TH)은 제1, 제2 클러치(C1)C2)와 제1 브레이크(B1)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 6속 변속단(6TH)은 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 7속 변속단(7TH)은 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제1 브레이크(B1)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 8속 변속단(8TH)은 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 9속 변속단(9TH)은 제3 클러치(C3)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 10속 변속단(10TH)은 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제2 브레이크(B2)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

후진 변속단(REV)은 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제2 브레이크(B2)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

도 3A 내지 도 3K는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 각 변속단별 변속선도이며, 본 발명의 실시 예에 의한 유성기어트레인의 변속과정을 레버 해석법으로 도시하고 있다.

도 3A 내지 도 3K를 참조하면, 제1 유성기어세트(PG1)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 제1 회전축(TM1), 제2 회전축(TM2), 제3 회전축(TM3)으로 설정되며, 제2 유성기어세트(PG2)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 제1 회전축(TM1), 제4 회전축(TM4), 제5 회전축(TM5)으로 설정되고, 복합 유성기어세트(CPG)의 4개의 세로선은 좌측으로부터 제5 회전축(TM5), 제6 회전축(TM6), 제7 회전축(TM7), 제8 회전축(TM8)으로 설정된다.

또한, 중앙의 가로선은 회전속도 "0"을 나타내고, 상측의 가로선은 회전속도 "1"을 나타내며, 하측의 가로선은 회전속도 "-1"을 나타내며, 상기 "-"는 엔진의 회전방향과 반대 방향을 의미한다.

그리고 상기에서 회전속도 "1"은 입력축(IS)의 회전속도가 "1" 이라고 가정한 것이며, 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2) 및 복합유성기어세트(CPG)의 세로선의 간격은 각 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 설정된다.

또한, 상기 세로선의 회전축 설정은 유성기어트레인의 당업자라면 당연히 알 수 있는 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략한다.

이하, 도 2와 도 3A 내지 도 3K를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 각 변속단별 변속과정을 설명한다.

[전진 1속]

도 2를 참조하면, 전진 1속 변속단(1ST)에서는 제2 클러치(C2)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)가 작동 제어된다.

그러면 도 3A에서와 같이, 제3 회전축(TM3)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제2 회전축(TM2)과 제6 회전축(TM6)이 연결되고, 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)의 작동으로 제4 회전축(TM4)과 제8 회전축(TM8)이 고정요소로 작동된다.

이에 따라 복합 유성기어세트(CPG)에서는 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)와의 상호 보완작동에 의하여 제1 변속선(SP1)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전축(TM7)을 통해 D1 만큼 출력되는 전진 1속의 변속이 이루어진다.

[전진 2속]

전진 2속 변속단(2ND)에서는 상기 전진 1속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제1 클러치(C1)가 작동된다.

그러면 도 3B에서와 같이, 제3 회전축(TM3)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제2 회전축(TM2)과 제4 회전축(TM4)이 연결되고, 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)의 작동으로 제4 회전축(TM4)과 제8 회전축(TM8)이 고정요소로 작동된다.

이에 따라 복합 유성기어세트(CPG)에서는 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)와의 상호 보완작동에 의하여 제2 변속선(SP2)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전축(TM7)을 통해 D2 만큼 출력되는 전진 2속의 변속이 이루어진다.

[전진 3속]

전진 3속에서는 상기 전진 2속의 상태에서 작동하던 제2 브레이크(B2)의 작동이 해제되고, 제1 브레이크(B1)가 작동된다.

그러면 도 3C에서와 같이, 제3 회전축(TM3)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제2 회전축(TM2)과 제4 회전축(TM4)이 연결되고, 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)의 작동으로 제1 회전축(TM1)과 제8 회전축(TM8)이 고정요소로 작동된다.

이에 따라 복합 유성기어세트(CPG)에서는 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)와의 상호 보완작동에 의하여 제3 변속선(SP3)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전축(TM7)을 통해 D3 만큼 출력되는 전진 3속의 변속이 이루어진다.

[전진 4속]

전진 4속에서는 상기 전진 3속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그러면 도 3D에서와 같이, 제3 회전축(TM3)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제2 회전축(TM2)과 제6 회전축(TM6)이 연결되고, 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)의 작동으로 제1 회전축(TM1)과 제8 회전축(TM8)이 고정요소로 작동된다.

이에 따라 복합 유성기어세트(CPG)에서는 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)와의 상호 보완작동에 의하여 제4 변속선(SP4)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전축(TM7)을 통해 D4 만큼 출력되는 전진 4속의 변속이 이루어진다.

[전진 5속]

전진 5속에서는 상기 전진 4속의 상태에서 작동하던 제3 브레이크(B3)의 작동이 해제되고, 제1 클러치(C1)가 작동된다.

그러면 도 3E에서와 같이, 제3 회전축(TM3)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제1, 제2 클러치(C1)(C2)의 작동에 의하여 제2, 제4, 제6 회전축(TM2)(TM4)(TM6)이 연결되고, 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제1 회전축(TM1)이 고정요소로 작동된다.

이에 따라 복합 유성기어세트(CPG)에서는 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)와의 상호 보완작동에 의하여 제5 변속선(SP5)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전축(TM7)을 통해 D5 만큼 출력되는 전진 5속의 변속이 이루어진다.

[전진 6속]

전진 6속에서는 상기 전진 5속의 상태에서 작동하던 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동된다.

그러면 도 3F에서와 같이, 제1 클러치(C1)의 작동으로 제2 회전축(TM2)과 제4 회전축(TM4)가 연결되고, 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제4 회전축(TM4)과 제6 회전축(TM6)이 연결되며, 제3 클러치(C3)의 작동으로 제3 회전축(TM3)과 제6 회전축(TM6)이 연결되면서 제3 회전축(TM3)과 제6 회전축(TM6)으로 동시 입력이 이루어지고, 고정요소는 발생되지 않는다.

이에 따라 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2) 및 복합 유성기어세트(CPG)가 모두 직결의 상태가 되어 복합 유성기어세트(CPG)에서는 제6 변속선(SP6)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전축(TM7)을 통해 입력 그대로인 D6 만큼 출력되는 전진 6속의 변속이 이루어진다.

[전진 7속]

전진 7속에서는 상기 전진 6속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제1 브레이크(B1)가 작동된다.

그러면 도 3G에서와 같이, 제1 클러치(C1)의 작동으로 제2 회전축(TM2)과 제4 회전축(TM4)가 연결되고, 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제3 회전축(TM3)과 제6 회전축(TM6)이 연결되면서 제3 회전축(TM3)과 제6 회전축(TM6)으로 동시 입력이 이루어지며, 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제1 회전축(TM1)이 고정요소로 작동된다.

이에 따라 복합 유성기어세트(CPG)에서는 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)와의 상호 보완작동에 의하여 제7 변속선(SP7)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전축(TM7)을 통해 D7 만큼 출력되는 전진 7속의 변속이 이루어진다.

[전진 8속]

전진 8속에서는 상기 전진 7속의 상태에서 작동하던 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제2 브레이크(B2)가 작동된다.

그러면 도 3H에서와 같이, 제1 클러치(C1)의 작동으로 제2 회전축(TM2)과 제4 회전축(TM4)가 연결되고, 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제3 회전축(TM3)과 제6 회전축(TM6)이 연결되면서 제3 회전축(TM3)과 제6 회전축(TM6)으로 동시 입력이 이루어지며, 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제2 회전축(TM2)과 제4 회전축(TM4)이 고정요소로 작동된다.

이에 따라 복합 유성기어세트(CPG)에서는 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)와의 상호 보완작동에 의하여 제8 변속선(SP8)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전축(TM7)을 통해 D8 만큼 출력되는 전진 8속의 변속이 이루어진다.

[전진 9속]

전진 9속에서는 상기 전진 8속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제1 브레이크(B1)가 작동된다.

그러면 도 3I에서와 같이, 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제3 회전축(TM3)과 제6 회전축(TM6)이 연결되면서 제3 회전축(TM3)과 제6 회전축(TM6)으로 동시 입력이 이루어지는 상태에서 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)의 작동으로 제1 회전축(TM1)과 제4 회전축(TM4)이 고정요소로 작동된다.

이에 따라 복합 유성기어세트(CPG)에서는 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)와의 상호 보완작동에 의하여 제9 변속선(SP9)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전축(TM7)을 통해 D9 만큼 출력되는 전진 9속의 변속이 이루어진다.

[전진 10속]

전진 10속에서는 상기 전진 9속의 상태에서 작동하던 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그러면 도 3J에서와 같이, 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제2 회전축(TM2)과 제6 회전축(TM6)이 연결되고, 제3 클러치(C3)의 작동으로 제3 회전축(TM3)과 제6 회전축(TM6)이 연결되면서 제3 회전축(TM3)과 제6 회전축(TM6)으로 동시 입력이 이루어지고, 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제4 회전축(TM4)이 고정요소로 작동된다.

이에 따라 복합 유성기어세트(CPG)에서는 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)와의 상호 보완작동에 의하여 제10 변속선(SP10)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전축(TM7)을 통해 D10 만큼 출력되는 전진 10속의 변속이 이루어진다.

[후진]

전진 변속단에서는 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2), 그리고 제2 브레이크(B2)가 작동된다.

그러면 도 3K에서와 같이, 제5 회전축(TM5)으로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제2 회전축(TM2)과 제4 회전축(TM4)이 연결되고, 제2 클러치(C2)의 작동으로 제4 회전축(TM4)과 제6 회전축(TM6)이 연결되면서 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제4 회전축(TM4)이 고정요소로 작동된다.

이에 따라 복합 유성기어세트(CPG)에서는 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)와의 상호 보완작동에 의하여 후진 변속선(RS)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전축(TM7)을 통해 REV 만큼 출력되는 후진 변속이 이루어진다.

상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 4개의 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)를 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)의 작동 제어를 통하여 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 실현할 수 있다.

이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 자동변속기의 다단화로 동력전달효율 및 연비를 향상시킬 수 있다.

그리고 각 변속단별 3개의 마찰요소가 작동되도록 함으로써, 작동하지 않는 마찰요소의 숫자를 최소화하여 마찰 드래그 손실을 줄임으로써, 동력전달효율 및 연비를 향상시킬 수 있다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

CPG... 복합유성기어세트
PG1,PG2,PG3,PG4... 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트
S1,S2,S3,S4... 제1, 제2, 제3, 제4 선기어
PC1,PC2,PC3,PC4... 제1, 제2, 제3,제4 유성캐리어
R1,R2,R3,R4... 제1, 제2, 제3, 제4 링기어
IS... 입력축
OS... 출력축
TM1,TM2,TM3,TM4,TM5,TM6,TM7,TM8...제1,제2,제3,제4,제5,제6,제7,제8회전축

Claims

엔진의 동력을 전달받는 입력축;
변속된 회전동력을 출력하는 출력축;
3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상에 배치되는 제1 유성기어세트;
3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제1 유성기어세트의 후측에 배치되는 제2 유성기어세트;
3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제2 유성기어세트의 후측에 배치되는 제3 유성기어세트;
3개의 회전요소를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제3 유성기어세트의 후측에 배치되는 제4 유성기어세트;
상기 제1, 제2 유성기어세트의 회전요소 중, 어느 하나씩의 회전요소로 상호 연결되어 변속기 하우징과 선택적으로 연결되는 제1 회전축;
상기 제1 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제1 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소로 이루어지는 제2 회전축;
상기 제1, 제2 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제1 유성기어세트의 회전요소로서, 상기 입력축과 직접 연결되는 제3 회전축;
상기 제1 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제2 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소로서, 상기 제2 회전축 또는 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제4 회전축;
상기 제1, 제4 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제2 유성기어세트의 회전요소와, 상기 제3, 제4 유성기어세트의 회전요소 중, 각각 하나씩의 회전요소로 이루어지는 제5 회전축;
상기 제5 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제4 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소로서, 상기 입력축 또는 제2 회전축과 선택적으로 연결되는 제6 회전축;
상기 제5 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제3 유성기어세트의 2개의 회전요소 중, 어느 하나의 회전요소와, 상기 제5, 제6 회전요소를 구성하는 회전요소에서 제외된 제4 유성기어세트의 회전요소로 이루어져 출력축과 연결되는 제7 회전축;
상기 제5, 제7 회전축을 구성하는 회전요소에서 제외된 제3 유성기어세트의 회전요소로 이루어져 변속기 하우징과 선택적으로 연결되는 제8 회전축;
상기 회전축의 선택적 연결부에 개재되는 6개의 마찰부재;
를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트는
싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항 또는 제2항에 있어서,
제1 회전축은 제1 선기어와 제2 선기어로 이루어지고,
제2 회전축은 제1 유성캐리어로 이루어지며,
제3 회전축은 제1 링기어로 이루어지고,
제4 회전축은 제1 유성캐리어로 이루어지며,
제5 회전축은 제2 링기어 제3, 제4 선기어로 이루어지고,
제6 회전축은 제4 유성캐리어로 이루어지며,
제7 회전축은 제3 유성캐리어와 제4 링기어로 이루어지고,
제8 회전축은 제3 링기어로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 6개의 마찰부재는
제2 회전축과 제4 회전축 사이에 배치되는 제1 클러치;
제2 회전축과 제6 회전축 사이에 배치되는 제2 클러치;
입력축과 제6 회전축 사이에 배치되는 제3 클러치;
제1 회전축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크;
제4 회전축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크;
제8 회전축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제3 브레이크;
를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제4항에 있어서,
6개의 마찰부재 중, 3개의 마찰부재가 동시 체결에 의하여 구현되는 변속단은
제2 클러치와 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제1 변속단;
제1 클러치와 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제2 변속단;
제1 클러치와 제1, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제3 변속단;
제2 클러치와 제1, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제4 변속단;
제1, 제2 클러치와 제1 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제5 변속단;
제1, 제2, 제3 클러치의 동시 작동에 의해 달성되는 제6 변속단;
제1, 제3 클러치와 제1 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제7 변속단;
제1, 제3 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제8 변속단;
제3 클러치와 제1, 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제9 변속단;
제2, 제3 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제10 변속단;
제1, 제2 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 후진 변속단;
을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
엔진의 동력을 전달받는 입력축;
변속된 회전동력을 출력하는 출력축;
제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어를 보유하면서 상기 입력축 상에 배치되는 제1 유성기어세트;
제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제1 유성기어세트의 후측에 배치되는 제2 유성기어세트;
제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제2 유성기어세트의 후측에 배치되는 제3 유성기어세트;
제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어를 보유하면서 상기 입력축 상의 상기 제3 유성기어세트의 후측에 배치되는 제4 유성기어세트;
상기 제1 선기어와 제2 선기어를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징과 선택적으로 연결되는 제1 회전축;
상기 제1 유성캐리어를 포함하여 이루어지는 제2 회전축;
상기 제1 링기어를 포함하여 이루어지며, 상기 입력축에 직접 연결되는 제3 회전축;
상기 제2 유성캐리어를 포함하여 이루어지며, 상기 입력축 또는 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제4 회전축;
상기 제2 링기어와 제2 선기어 및 제3 선기어를 포함하여 이루어지는 제5 회전축;
상기 제4 유성캐리어를 포함하여 이루어지며, 상기 입력축 또는 제2 회전축에 선택적으로 연결되는 제6 회전축;
상기 제3 유성캐리어와 제4 링기어를 포함하여 이루어지며, 상기 출력축과 직접 연결되는 제7 회전축;
상기 제3 링기어를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제8 회전축;
상기 회전축의 선택적 연결부에 개재되는 6개의 마찰부재;
를 포함하여 다단의 변속단을 구현하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제6항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트는
싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제6항에 있어서,
상기 6개의 마찰부재는
제2 회전축과 제4 회전축 사이에 배치되는 제1 클러치;
제2 회전축과 제6 회전축 사이에 배치되는 제2 클러치;
입력축과 제6 회전축 사이에 배치되는 제3 클러치;
제1 회전축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크;
제4 회전축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크;
제8 회전축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제3 브레이크;
를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제8항에 있어서,
상기 다단의 변속단은
제2 클러치와 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제1 변속단;
제1 클러치와 제2, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제2 변속단;
제1 클러치와 제1, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제3 변속단;
제2 클러치와 제1, 제3 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제4 변속단;
제1, 제2 클러치와 제1 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제5 변속단;
제1, 제2, 제3 클러치의 동시 작동에 의해 달성되는 제6 변속단;
제1, 제3 클러치와 제1 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제7 변속단;
제1, 제3 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제8 변속단;
제3 클러치와 제1, 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제9 변속단;
제2, 제3 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 제10 변속단;
제1, 제2 클러치와 제2 브레이크의 동시 작동에 의해 달성되는 후진 변속단;
을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.