KR101459917B1

KR101459917B1 - 차량의 자동화 수동 변속기

Info

Publication number: KR101459917B1
Application number: KR1020130068169A
Authority: KR
Inventors: 어순기; 이동수; 박종윤
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-11-07
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: US8932173B2; CN104235281B; US20140371021A1; CN104235281A

Abstract

본 발명은 종래 수동변속기의 상시 물림 기어방식을 유지하면서도, 변속시에 구동륜으로 전달되는 토크 저하 현상을 배제할 수 있도록 함으로써, 변속감이 저하되는 것을 방지하여 부드럽고 안정된 변속감을 형성하여, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

차량의 자동화 수동 변속기{AUTOMATED MANUAL TRANSMISSION FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동화 수동 변속기의 구조에 관한 기술이다.

자동화 수동변속기는 차량의 운전 중 액츄에이터에 의해 자동적으로 변속이 이루어져서 자동변속기와 유사한 편리함을 제공하고, 자동변속기보다 우수한 동력 전달 효율로 차량의 연비향상에 기여할 수 있다.

하지만, 동기치합식 변속메커니즘을 기반으로 하는 자동화 수동변속기의 경우, 액츄에이터에 의해 자동적으로 이루어지는 변속과정 중간에도 동력이 단절되는 순간이 필연적으로 존재하게 되며, 이에 따라 발생되는 토크 저하에 의해 마치 차량을 후방으로 끌어 당기는 듯한 변속감 저하현상이 수반되는 문제점이 있다.

상기의 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

1012411670000

B

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 수동변속기의 상시 물림 기어방식을 유지하면서도, 변속시에 구동륜으로 전달되는 토크 저하 현상을 배제할 수 있도록 함으로써, 변속감이 저하되는 것을 방지하여 부드럽고 안정된 변속감을 형성하여, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한 차량의 자동화 수동 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 자동화 수동 변속기는

서로 평행하게 배치된 입력축 및 출력축과;

상기 입력축과 출력축에 각각 동심축을 이루어 설치되면서 서로 치합되어 일련의 변속단들을 형성하는 다수의 외접기어쌍과;

상기 각 외접기어쌍을 이루는 두 외접기어 중 어느 하나를 그 외접기어가 설치되는 축에 회전력을 전달하는 상태가 가변되도록 연결하는 유성기어장치와;

상기 유성기어장치의 회전요소의 회전을 제어할 수 있도록 설치되는 마찰요소와;

차량의 주행상태에 따라 상기 마찰요소를 제어하여 변속을 수행하도록 구성된 컨트롤러;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 자동화 수동 변속기의 구성도,
도 2는 도 1의 변속기가 1단 발진 및 주행중인 상태를 설명한 도면,
도 3은 도 1의 변속기가 1단에서 2단으로 변속중인 상태를 설명한 도면,
도 4는 도 1의 변속기가 2단으로 주행중인 상태를 설명한 도면,
도 5는 도 1의 변속기가 후진을 구현하는 상태를 설명한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명 차량의 자동화 수동 변속기의 실시예는, 서로 평행하게 배치된 입력축(INPUT) 및 출력축(OUTPUT)과; 상기 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT)에 각각 동심축을 이루어 설치되면서 서로 치합되어 일련의 변속단들을 형성하는 다수의 외접기어쌍과; 상기 각 외접기어쌍을 이루는 두 외접기어 중 어느 하나를 그 외접기어가 설치되는 축에 회전력을 전달하는 상태가 가변되도록 연결하는 유성기어장치와; 상기 유성기어장치의 회전요소의 회전을 제어할 수 있도록 설치되는 마찰요소와; 차량의 주행상태에 따라 상기 마찰요소를 제어하여 변속을 수행하도록 구성된 컨트롤러(CTL)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 입력축(INPUT)은 동력원의 하나인 엔진과 직결되고, 상기 출력축(OUTPUT)은 동력전달요소에 의해 차량의 디퍼렌셜(DF)로 직결되어, 구동륜(W)으로 동력을 전달할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같은 구성에서는 엔진으로부터 입력축(INPUT)으로 동력이 전달되는 경로상에 종래와 같은 별도의 클러치를 구비하지 않음으로써, 부품수를 저감하고 변속기의 길이를 축소하는 데에 긍정적인 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 엔진과 입력축(INPUT) 사이에 클러치를 구비하지 않으면서도, 상기 엔진의 시동이 가능한 것은 본 발명 변속기의 모든 변속단은 유성기어장치를 이용하여 각 변속단별로 동력의 단속이 이루어질 수 있는 구성으로서, 도 1과 같은 상태에서 엔진이 시동되는 경우에, 상기 각 유성기어장치의 회전요소를 구속할 수 있도록 구비된 마찰요소가 모두 해제된 상태에서는 상기 구동륜(W)과 출력축(OUTPUT)이 고정된 상태이더라도, 상기 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT) 사이가 상기 각 유성기어장치에 의해 상대 회전되기 때문이다.

물론, 상기 동력원으로는 상기와 같은 내연기관인 엔진 이외에 전기모터 등과 같은 다른 회전력을 제공하는 장치도 사용될 수 있을 것이다.

본 실시예에서, 상기 유성기어장치는 3개의 회전요소를 구비한 단순유성기어장치이며, 상기 3개의 회전요소 중 하나는 상기 외접기어에 상호 회전 구속 상태로 설치되고, 다른 하나는 상기 입력축(INPUT) 또는 출력축(OUTPUT)에 상호 회전 구속 상태로 설치되며, 나머지 하나는 상기 마찰요소에 의해 그 회전이 제어될 수 있도록 구성된다.

보다 구체적으로 도 1의 실시예에서, 상기 출력축(OUTPUT)에 설치된 유성기어장치들은 캐리어가 출력축(OUTPUT)에 연결되고, 선기어가 외접기어에 연결되며, 링기어가 마찰요소에 연결되는 구성을 가지고 있으며, 상기 입력축(INPUT)에 설치된 유성기어장치들은 상기 선기어가 입력축(INPUT)에 연결되고, 캐리어가 외접기어에 연결되며, 링기어가 마찰요소에 연결되는 구성을 가지고 있다.

또한, 입력축(INPUT)에 설치된 유성기어장치들 중 후진단을 형성하기 위한 유성기어장치는 상기 입력축(INPUT)에 상대 회전 가능하게 설치된 후진용 외접기어가 후진용 유성기어장치의 링기어에 상호 회전 구속 상태로 연결되고, 상기 후진용 유성기어장치의 선기어는 상기 입력축(INPUT)에 상호 회전 구속 상태로 연결되며, 상기 후진용 유성기어장치의 캐리어는 상기 마찰요소에 의해 회전이 제어되도록 설치된 구성으로, 입력축(INPUT)의 회전력 방향을 반대로 바꾸어서 출력축(OUTPUT)으로 전달하도록 함으로써, 유성기어장치 자체에서 후진단의 형성 여부를 전환하는 변속작용과 함께 감속작용 및 회전방향을 바꾸는 역전작용을 함께 수행함으로써, 종래 일반적인 변속기에서 별도의 아이들러기어를 구비하는 3축방식으로 후진을 구성하였던 것에 비하여, 보다 컴팩트하고 견고하며 원활한 작동성을 확보할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 일련의 변속단들 중 인접한 두 변속단을 구성하기 위한 유성기어장치들은 짝을 이루어 상기 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT)에 교번하여 배치되며, 상기 일련의 변속단들 중 상대적으로 감속비가 가장 큰 최저속 변속단과 이에 인접한 변속단을 형성하기 위한 유성기어장치들은 출력축(OUTPUT)에 배치된 구성을 취하였다.

물론, 상기 변속단들을 구성하기 위한 유성기어장치의 배치는 상기와 같이 인접한 변속단끼리 짝을 이루지 않도록 하는 것도 가능하지만, 변속기의 조립성과 배치상의 균형 등을 고려하여 상기와 같이 배치한 것이다.

상기 일련의 변속단들 중 상대적으로 감속비가 가장 큰 최저속 변속단과 이에 인접한 변속단을 형성하기 위한 유성기어장치들은, 선기어가 상기 외접기어와 상호 회전 구속 상태로 연결되고, 캐리어가 상기 출력축(OUTPUT)에 상호 회전 구속 상태로 연결되며, 링기어가 상기 마찰요소에 의해 회전이 제어되도록 설치되는 구성이다.

즉, 상기 감속비가 가장 큰 변속단인 1단 변속단을 구현하기 위하여 제1유성기어장치(PG1)를 출력축(OUTPUT)에 배치함으로써, 1단 외접기어들(IP1, OP2) 중 출력축(OUTPUT)에 상대회전 가능하게 설치된 외접기어(OP1)에 상기 1단 유성기어장치(PG1)의 선기어가 연결되고 출력축(OUTPUT)에 캐리어가 연결됨으로써, 외접기어(IP1)와 외접기어(OP1)사이에 1차적으로 감속이 이루어진 후, 상기 1단 유성기어장치(PG1)에서 추가로 감속이 이루어지도록 함으로써, 상기 외접기어(OP1)의 크기를 최대한 작게 형성하고도 원하는 감속비를 얻어낼 수 있도록 함으로써, 변속기의 중량을 저감하고 부피를 감소시킬 수 있도록 한 것이다.

참고로, 본 실시예의 유성기어장치는 각 변속단을 구현하기 위하여 1단의 제1유성기어장치(PG1), 2단의 제2유성기어장치(PG2), 3단의 제3유성기어장치(PG3), 4단의 제4유성기어장치(PG4), 5단의 제5유성기어장치(PG5), 6단의 제6유성기어장치(PG6) 및 후진단 유성기어장치(PGR)를 구비하고 있으며, 이 유성기어장치들과 함께 각 변속단을 형성하는 외접기어들은 1단 외접기어(IP1, OP1), 2단 외접기어(IP2, 0P2), 3단 외접기어(IP3, OP3), 4단 외접기어(IP4, OP4), 5단 외접기어(IP5, OP5), 6단 외접기어(IP6, OP6) 및 후진단 외접기어(IPR, OPR)가 각각 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT)에 구비되어 있다.

또한, 후술하는 설명의 명확화를 위하여, 상기 마찰요소는 각 변속단을 위한 유성기어장치에 맞춰서 제1브레이크(BK1), 제2브레이크(BK2), 제3브레이크(BK3), 제4브레이크(BK4), 제5브레이크(BK5), 제6브레이크(BK6) 및 후진브레이크(BKR)로 표시하기로 한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명 실시예의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

도 1의 상태에서 엔진의 시동이 이루어진다. 즉 상술한 바와 같이 모든 마찰요소가 컨트롤러(CTL)에 의해 해제된 상태로서, 상기 엔진이 시동되면서 상기 입력축(INPUT)이 회전되어도 그 회전력은 상기 각 유성기어장치에 의해 흡수되고 출력축(OUTPUT)으로는 전달되지 않게 된다.

즉, 이 상태에서 각 유성기어장치는 상기 출력축(OUTPUT)과 서로 회전이 구속되는 회전요소는 정지상태에 있지만, 상기 입력축(INPUT)과 회전이 구속되는 회전요소가 회전력을 입력하여도, 상기 마찰요소에 의해 자유 회전이 가능한 상태로 되어 있는 나머지 한 회전요소가 공회전하면서 이를 흡수하므로, 상기 출력축(OUTPUT)과 연결된 회전요소로는 회전력이 전달되지 않는 상태가 되는 것이다.

따라서, 엔진과 입력축(INPUT) 사이에 별도의 클러치 없이 엔진의 시동이 가능하므로, 클러치는 물론 클러치액츄에이터가 생략되어 자동화 수동 변속기의 구조가 단순화되고 길이가 짧아져서 차량에의 탑재성이 향상되며, 변속제어가 보다 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

참고로, 엔진 옆에 장착된 링기어(RG)는 엔진의 시동을 위한 기어를 나타낸다.

도 2는 1단 발진 및 주행상태를 표현한 것으로서, 상기 컨트롤러(CTL)는 상기 제1브레이크(BK1)로 상기 제1유성기어장치(PG1)의 링기어 회전을 구속하여, 상기 입력축(INPUT)으로 공급된 회전력을 상기 1단 외접기어(IP1, OP1) 및 1단 유성기어장치(PG1)로 차례로 감속하여 1단의 변속비를 출력하는 상태이며, 나머지 변속단에서는 마찬가지로 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT) 사이의 속도차를 각 유성기어장치에서 흡수하고 있는 상태이다.

도 3은 1단으로부터 2단으로의 변속과정을 도시한 것으로서, 상기 컨트롤러(CTL)는 상기 제1유성기어장치(PG1)의 링기어를 구속하던 제1브레이크(BK1)를 해제하면서 동시에 상기 2단의 제2유성기어장치(PG2)의 링기어를 제2브레이크(BK2)로 구속하는 제어를 실시한다.

이때, 상기 두 유성기어장치의 링기어들 중 1단 쪽을 서서히 해제하면서 2단 쪽을 서서히 구속하는 바, 이와 같은 링기어들의 회전상태는 슬립제어에 의해 정밀하게 제어되며, 이와 같은 슬립제어 구간 동안에는 두 경로를 통해 동시에 입력축(INPUT)으로부터 출력축(OUTPUT)으로 동력이 전달되는 상태가 확보되어, 종래와 같은 변속중 토크 단절감이 발생하지 않게 되며, 종래와 같이 동기장치와 클러치의 순차적인 제어에 의한 변속의 경우에 비하여, 두 브레이크(BK1, BK2)를 상호 교대로 작동시켜 두 링기어의 슬립량만을 제어하므로 변속 속도도 상대적으로 빠르게 이루어질 수 있다.

상기와 같이 1-2단 변속이 완료된 후에는 도 4와 같이 2단의 주행상태가 형성되는 바, 2단 변속단의 제2유성기어장치(PG2)의 링기어가 브레이크(BK2)에 의해 고정되어, 상기 입력축(INPUT)에서 공급된 회전력은 상기 2단 외접기어(IP2, OP2)를 통해 상기 유성기어장치의 선기어와 캐리어를 거치면서 다시 감속되어 출력축(OUTPUT)으로 인출되는 상태가 된다.

상기와 같은 1단과 2단 사이의 변속제어는 2단과 3단 사이의 변속 나머지 변속단들 사이의 변속에서도 마찬가지의 원리로 이루어지게 된다.

도 5는 본 실시예에서, 후진 변속단이 구현되고 있는 상태를 도시한 것으로서, 입력축(INPUT)의 회전력은 후진단 유성기어장치(PGR)의 캐리어가 후진브레이크(BKR)에 의해 고정되므로 선기어로 전달되어 링기어로 역전되어 상기 후진단 외접기어(IPR, OPR)를 통해 출력축(OUTPUT)으로 동력이 인출되면 후진단이 구현되는 구성이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 후진단은 상기 후진브레이크(BKR)를 제어하는 것만으로 구현되므로, 후진 변속 조작감이 매우 뛰어나며, 별도의 후진 아이들러기어가 사용되지 않아서, 컴팩트하고 견고하며 원활한 작동성을 제공할 수 있다.

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.

INPUT; 입력축
OUTPUT; 출력축
CTL; 컨트롤러
DF; 디퍼렌셜
W; 구동륜
PG1; 제1유성기어장치
PG2; 제2유성기어장치
PG3; 제3유성기어장치
PG5; 제5유성기어장치
PG6; 제6유성기어장치
PGR; 후진단 유성기어장치
IP1, OP1; 1단 외접기어
IP2, OP2; 2단 외접기어
IP3, OP3; 3단 외접기어
IP4, OP4; 4단 외접기어
IP5, OP5; 5단 외접기어
IP6, OP6; 6단 외접기어
BK1; 제1브레이크
BK2; 제2브레이크
BK3; 제3브레이크
BK4; 제4브레이크
BK5; 제5브레이크
BK6; 제6브레이크
BKR; 후진브레이크

Claims

서로 평행하게 배치된 입력축(INPUT) 및 출력축(OUTPUT)과;
상기 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT)에 각각 동심축을 이루어 설치되면서 서로 치합되어 일련의 변속단들을 형성하는 다수의 외접기어쌍과;
상기 각 외접기어쌍을 이루는 두 외접기어 중 어느 하나를 그 외접기어가 설치되는 축에 회전력을 전달하는 상태가 가변되도록 연결하는 유성기어장치와;
상기 유성기어장치의 회전요소의 회전을 제어할 수 있도록 설치되는 마찰요소와;
차량의 주행상태에 따라 상기 마찰요소를 제어하여 변속을 수행하도록 구성된 컨트롤러(CTL);를 포함하고,
상기 일련의 변속단들 중 인접한 두 변속단을 구성하기 위한 유성기어장치들은 짝을 이루어 상기 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT)에 교번하여 배치되며;
상기 일련의 변속단들 중 상대적으로 감속비가 가장 큰 최저속 변속단과 이에 인접한 변속단을 형성하기 위한 유성기어장치들은 출력축(OUTPUT)에 배치된 것
을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 유성기어장치는 3개의 회전요소를 구비한 단순유성기어장치이며,
상기 3개의 회전요소 중 하나는 상기 외접기어에 상호 회전 구속 상태로 설치되고, 다른 하나는 상기 입력축(INPUT) 또는 출력축(OUTPUT)에 상호 회전 구속 상태로 설치되며, 나머지 하나는 상기 마찰요소에 의해 그 회전이 제어될 수 있도록 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동 변속기.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 일련의 변속단들 중 상대적으로 감속비가 가장 큰 최저속 변속단과 이에 인접한 변속단을 형성하기 위한 유성기어장치들은, 선기어가 상기 외접기어와 상호 회전 구속 상태로 연결되고, 캐리어가 상기 출력축(OUTPUT)에 상호 회전 구속 상태로 연결되며, 링기어가 상기 마찰요소에 의해 회전이 제어되도록 설치되는 것
을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 입력축(INPUT)에는 후진단을 구현하기 위하여, 상기 입력축(INPUT)에 상대 회전 가능하게 설치된 후진용 외접기어가 후진용 유성기어장치의 링기어에 상호 회전 구속 상태로 연결되고;
상기 후진용 유성기어장치의 선기어는 상기 입력축(INPUT)에 상호 회전 구속 상태로 연결되며;
상기 후진용 유성기어장치의 캐리어는 상기 마찰요소에 의해 회전이 제어되도록 설치된 것
을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 입력축(INPUT)은 동력원과 직결되고;
상기 출력축(OUTPUT)은 동력전달요소에 의해 차량의 디퍼렌셜(DF)로 직결된 것
을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동 변속기.