KR101817536B1

KR101817536B1 - 차량의 다단 자동변속장치

Info

Publication number: KR101817536B1
Application number: KR1020160083923A
Authority: KR
Inventors: 김정민
Original assignee: 안동대학교 산학협력단
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2036-07-04

Abstract

차량의 다단 자동변속장치에 관한 것으로,
기어비에 따라 출력 회전수를 변경하는 4개의 유성기어; 제1입력축의 동력 또는 제2입력축의 동력을 해당 캐리어 또는 해당 유성기어의 선기어로 이어주거나 끊어주는 4개 클러치; 해당 캐리어 또는 해당 유성기어 선기어을 제동하는 4개의 브레이크;를 포함하고, 엔진과 접속되는 제1입력축의 회전을 제1유성기어와 제2유성기어, 제1클러치와 제2클러치, 제1브레이크와 제2브레이크를 통해 변속하여 제1출력축으로 전달하는 제1변속영역; 제1출력축과 접속되는 제2입력축의 회전을 제3유성기어와 제4유성기어, 제3클러치와 제4클러치, 제3브레이크와 제4브레이크를 통해 변속하여 구동바퀴와 접속되는 제2출력축으로 전달하는 제2변속영역;을 포함하는 기술 구성을 통하여
운전점이 최적인 곳으로 보다 적극적으로 차량의 변속을 제어할 수 있게 되고, 차량의 가속성능 및 등판성능을 향상시킬 수 있게 되고, 연비를 좋게 할 수 있게 되는 것이다.

Description

차량의 다단 자동변속장치 { TRANSMISSION APPARATUS FOR VEHICLES }

본 발명은 차량의 다단 자동변속장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 4개의 유성기어를 사용하여 많은 수의 기어비를 제공하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 자동변속장치는 차량의 주행속도와 부하에 따라 변속비를 자동적으로 조절하는 변속제어유니트를 구비한다.

상기 변속제어유니트는 기어 트레인에 설치된 다수개의 클러치 및 브레이크들을 작동하거나 해제함으로서 유성기어를 포함하는 자동변속장치의 출력단 회전수를 조절한다.

한편, 전진 4속과 후진 1속의 변속비를 출력할 수 있는 파워 트레인을 설계하기 위해서는 1개의 복합 유성기어장치와 최소한 5개의 마찰요소를 설치하여야 하는데, 좋은 변속감을 갖는 파워 트레인을 설계하기 위해서는 1개의 복합유성기어장치와 7개의 마찰요소 및 3개의 일방향 클러치를 사용하여야 하며, 기어박스내에 총 8속의 변속 구현을 하고자 하는 경우에는 보다 많은 기어 및 클러치 등을 설치해야 한다.

그러나, 이러한 기어 트레인의 설계는 구조가 복잡하게 되고, 중량도 증가하는 문제점을 야기시키게 되며, 특히 기어박스내에 8속 구현을 위한 부품을 설치하는 경우 기존 기어박스내의 클러치 및 유성기어 조합과 어울어지는 또 다른 유성기어 및 클러치 등 많은 부품이 더 설치되어야 하므로, 변속요소를 위한 부품수 증가와 함께 중량이 증가하게 되고, 기어박스의 용량이 커져야 하는 단점이 있다.

그리고 종래의 자동 변속기는 유한한 갯수의 변속단을 가지고 있기 때문에 변속시 변속충격이 불가피하게 발생하며 엔진의 운전영역이 유한한 갯수의 변속비에 의해 제한되므로 연비와 동력 성능을 최대한 발휘하기에는 한계가 있다

이에 변속기의 크기 및 중량을 증가시키지 않으면서도 다단으로 변속이 가능하도록 하는 것에 의해 변속 성능 향상을 도모할 수 있도록 하는 연구개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

하기의 특허문헌 1에는 토크컨버터의 출력측에 유성기어의 조합으로 이루어진 별도의 선행 변속수단를 설치하여 기존의 기어박스내의 입력속도를 변경하면서 전진 4속 이상 총 8속의 다단 변속 구현이 가능하고, 선행 변속수단이 토크컨버터에 설치됨에 따라 기존의 기어박스내의 부품수 절감 및 중량 감소를 실현할 수 있도록 한 차량용 다단 자동변속기가 개시되어 있다.

특허문헌 1의 차량용 다단 자동변속기는 토크컨버터의 출력측에 단순 유성기어셋트로 이루어지는 제1유성기어셋트를 장착하고, 자동변속기의 기어박스에 2개의 단순 유성기어셋트가 조합된 복합 유성기어셋트를 설치한 것으로, 토크컨버터 출력 속도의 선행 2단 제어를 통한 전진 8속 및 후진 2속의 변속단을 구현한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2007-01114859호 (2007년 12월 05일 공개)

그러나 특허문헌 1을 포함한 종래 기술에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 8단 이상으로 다단 변속이 불가능하게 된다.

또한 종래 기술에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 높은 기어비를 얻을 수 없게 되므로 차량의 가속성능 및 등판성능을 향상시킬 수 없게 됨은 물론 낮은 기어비를 제공할 수 없게 되므로 차량의 고속 주행시 엔진 회전수를 낮출 수 없게 되어 연비 향상을 도모할 수 없게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 8단이상의 다단 변속이 가능하도록 함은 물론 높은 기어비와 낮은 기어비를 동시 제공할 수 있도록 하여 차량의 가속성능 및 등판성능 향상, 그리고 연비 향상을 도모할 수 있도록 하는 차량의 다단 자동변속장치를 제공하는 데에 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 기어비에 따라 출력 회전수를 변경하는 4개의 유성기어; 제1입력축의 동력 또는 제2입력축의 동력을 해당 캐리어 또는 해당 유성기어의 선기어로 이어주거나 끊어주는 4개 클러치; 해당 캐리어 또는 해당 유성기어 선기어을 제동하는 4개의 브레이크;를 포함하고, 엔진과 접속되는 제1입력축의 회전을 제1유성기어와 제2유성기어, 제1클러치와 제2클러치, 제1브레이크와 제2브레이크를 통해 변속하여 제1출력축으로 전달하는 제1변속영역; 제1출력축과 접속되는 제2입력축의 회전을 제3유성기어와 제4유성기어, 제3클러치와 제4클러치, 제3브레이크와 제4브레이크를 통해 변속하여 구동바퀴와 접속되는 제2출력축으로 전달하는 제2변속영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 4개의 유성기어 중에서 제1유성기어 및 제3유성기어가 단일 피니언 유성기어이고, 제2유성기어 및 제4유성기어가 이중 피니언 유성기어이고, 제1유성기어의 제1피니언기어와 제2유성기어의 제2피니언기어가 제1캐리어를 통해 연결되고, 제3유성기어의 제3피니언기어와 제4유성기어의 제4피니언기어가 제2캐리어를 통해 연결되고, 제1유성기어의 제1링기어와 제2유성기어의 제2링기어가 일체로 구성되고, 제3유성기어의 제3링기어와 제4유성기어의 제4링기어가 일체로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 4개의 클러치 중에서 제1클러치와 제2클러치가 엔진과 접속되는 제1입력축에 설치되고, 제3클러치와 제4클러치가 제1출력축에 접속되는 제2입력축에 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 4개의 클러치 중에서 제1클러치가 제1캐리어에 접속되고, 제2클러치가 제2유성기어의 제2선기어에 접속되고, 제3클러치가 제2캐리어에 접속되고, 제4클러치가 제4유성기어의 제4선기어에 접속된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 4개의 브레이크 중에서 제1브레이크가 제1캐리어에 접속되고, 제2브레이크가 제1유성기어의 제1선기어에 접속되고, 제3브레이크가 제2캐리어에 접속되고, 제4브레이크가 제3유성기어의 제3선기어에 접속된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 기어비에 따라 출력 회전수를 변경하는 4개의 유성기어; 제1입력축의 동력 또는 제2입력축의 동력을 해당 캐리어 또는 해당 유성기어의 선기어로 이어주거나 끊어주는 3개 클러치; 해당 캐리어 또는 해당 유성기어의 선기어를 제동하는 4개의 브레이크;를 포함하고, 엔진과 접속되는 제1입력축의 회전을 제1유성기어와 제2유성기어, 제1클러치, 제1브레이크와 제2브레이크를 통해 변속하여 제1출력축으로 전달하는 제1변속영역; 제1출력축과 접속되는 제2입력축의 회전을 제3유성기어와 제4유성기어, 제3클러치와 제4클러치, 제3브레이크와 제4브레이크를 통해 변속하여 구동바퀴와 접속되는 제2출력축으로 전달하는 제2변속영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 제1입력축이 제2유성기어의 제2선기어에 상시 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 기어비에 따라 출력 회전수를 변경하는 4개의 유성기어; 제1입력축의 동력 또는 제2입력축의 동력을 해당 캐리어 또는 해당 유성기어의 선기어로 이어주거나 끊어주는 3개 클러치; 해당 캐리어 또는 해당 유성기어의 선기어를 제동하는 4개의 브레이크;를 포함하고, 엔진과 접속되는 제1입력축의 회전을 제1유성기어와 제2유성기어, 제1클러치와 제2클러치, 제1브레이크와 제2브레이크를 통해 변속하여 제1출력축으로 전달하는 제1변속영역; 제1출력축과 접속되는 제2입력축의 회전을 제3유성기어와 제4유성기어, 제3클러치, 제3브레이크와 제4브레이크를 통해 변속하여 구동바퀴와 접속되는 제2출력축으로 전달하는 제2변속영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 제2입력축이 제4유성기어의 제4선기어에 상시 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 제1변속영역과 제2변속영역에 각각 링기어와 캐리어를 공유하는 2개의 유성기어를 설치한 것이므로 실질적으로 복합유성기어 2개를 사용하는 것과 같고, 그에 따라 기어단수 증가에 따른 변속기 크기의 증가가 거의 없게 된다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치에 의하면, 총 16개의 기어비를 제공할 수 있게 되어 운전점이 최적인 곳으로 보다 적극적으로 차량의 변속을 제어할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치에 의하면, 5:1 정도의 높은 기어비를 제공하여 차량의 가속성능 및 등판성능을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 높은 변속비를 구현함에 따라 상대적으로 출력이 적은 엔진을 사용하여 원가 절감 및 연비 향상의 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치에 의하면, 0.6:1 정도의 낮은 기어비를 제공하여 차량의 고속 주행시 엔진 회전수를 낮출 수 있게 되므로 연비를 좋게 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 자동변속장치의 구성도,
도 2a는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 1단 동력전달상태도,
도 2b는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 2단 동력전달상태도,
도 2c는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 3단 동력전달상태도,
도 2d는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 4단 동력전달상태도,
도 2e는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 5단 동력전달상태도,
도 2f는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 6단 동력전달상태도,
도 2g는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 7단 동력전달상태도,
도 2h는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 8단 동력전달상태도,
도 2i는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 9단 동력전달상태도,
도 2j는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 10단 동력전달상태도,
도 2k는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 11단 동력전달상태도,
도 2l는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 12단 동력전달상태도,
도 2m는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 13단 동력전달상태도,
도 2n는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 14단 동력전달상태도,
도 2o는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 15단 동력전달상태도,
도 2p는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 16단 동력전달상태도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치의 구성도.

이하 본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 자동변속장치의 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 자동변속장치는 4개의 유성기어(11~14), 4개의 클러치(C1~C4), 4개의 브레이크(B1~B4)를 포함한다.

유성기어(11~14)는 기어비에 따라 출력 회전수를 변경하는 역할을 한다.

4개의 유성기어(11~14) 중에서 제1유성기어(11; SPPG1) 및 제3유성기어(13; SPPG3)는 단일 피니언 유성기어이고, 제2유성기어(12; DPPG2) 및 제4유성기어(14; DPPG4)는 이중 피니언 유성기어이다.

제1유성기어(11)는 제1선기어(S1), 제1피니언기어(P1), 제1링기어(R1)를 포함하고, 제2유성기어(12)는 제2선기어(S2), 2개의 제2피니언기어(P2), 제2링기어(R2)를 포함한다.

제3유성기어(13)는 제1선기어(S3), 제1피니언기어(P3), 제1링기어(R3)를 포함하고, 제4유성기어(14)는 제2선기어(S4), 2개의 제4피니언기어(P4), 제2링기어(R4)를 포함한다.

제1유성기어(11)의 제1피니언기어(P1)와 제2유성기어의 제2피니언기어(P2)는 제1캐리어(Ca1)를 통해 연결되고, 제3유성기어(13)의 제3피니언기어(P3)와 제4유성기어(14)의 제4피니언기어(P4)는 제2캐리어(Ca2)를 통해 연결된다.

제1유성기어(11)의 제1링기어(R1)와 제2유성기어(12)의 제2링기어(R2)는 일체로 구성되고, 제3유성기어(13)의 제3링기어(R3)와 제4유성기어(14)의 제4링기어(R4)도 일체로 구성된다.

4개 클러치(C1~C4)는 동력을 해당 캐리어(Ca1)(Ca2) 또는 선기어(S2)(S4)로 이어주거나 끊어주는 역할을 한다.

4개의 클러치(C1~C4) 중에서 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)는 엔진과 접속되는 제1입력축(101)에 설치되고, 제3클러치(C3)와 제4클러치(C4)는 제2입력축(201)에 설치된다.

제2입력축(201)은 제2링기어(R2)와 접속되는 제1출력축(102)에 접속된다.

4개의 클러치(C1~C4) 중에서 제1클러치(C1)는 제1캐리어(Ca1)에 접속되고, 제1입력축(101)의 동력을 제1캐리어(Ca1)에 전달하거나 분리한다.

제2클러치(C2)는 제2선기어(S2)에 접속되고, 제1입력축(101)의 동력을 제2선기어(S2)에 전달하거나 분리한다.

제3클러치(C3)는 제2캐리어(Ca2)에 접속되고, 제2입력축(201)의 동력을 제1캐리어(Ca2)에 전달하거나 분리한다.

제4클러치(C4)는 제4선기어(S4)에 접속되고, 제2입력축(201)의 동력을 제4선기어(S4)에 전달하거나 분리한다.

브레이크(B1~B4)는 캐리어(Ca1)(Ca2) 또는 선기어(S1)(S3)의 회전을 정지시키는 역할을 한다.

4개의 브레이크(B1~B4) 중에서 제1브레이크(B1)는 제1캐리어(Ca1)에 접속되고, 제2브레이크(B2)는 제1선기어(S1)에 접속된다.

제3브레이크(B3)는 제2캐리어(Ca2)에 접속되고, 제4브레이크(B4)는 제3선기어(S3)에 접속된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 동력을 이어주거나 또는 끊어주는 하는 4개의 클러치(C1~C4)와 회전을 제동하는 4개의 브레이크(B1~B4)의 작동을 변환하는 것에 의해 기어단을 1단에서 16단까지 변속한다.

표 1은 기어단에 따른 브레이크 및 클러치 작동상태를 나타낸 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치에서 제1브레이크(B1)는 1단에서 4단까지 작동되고, 제2브레이크(B2)는 5단에서 8단까지, 그리고 13단에서 16단까지 작동된다.

제1클러치(C1)은 9단에서 16단까지 작동되고, 제2클러치(C2)는 1단에서 12단까지 작동된다.

제3브레이크(B3)는 1단, 5단, 9단, 13단에서 작동되고, 제4브레이크(B4)는 짝수단인 2단, 4단, 6단, 8단, 10단, 12단, 14단, 16단에서 작동된다.

제3클러치(C3)은 3단과 4단, 7단과 8단, 11단과 12단, 15단과 16단에서 작동되고, 제4클러치는 1단에서 3단, 5단에서 8단까지, 9단에서 12단까지, 13단에서 16단까지 작동된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 제1캐리어(Ca1)에 탑재되는 제1유성기어(SPPG1) 및 2유성기어(DPPG2), 제2캐리어(Ca2)에 탑재되는 제3유성기어(SPPG3)와 제4유성기어(DPPG4)의 4개의 유성기의 조합으로 변속되고, 기어비는 각 유성기의 기어 잇수에 따라 계산된다.

Zs1 : 제1유성기어의 제1선기어 잇수,

Zr1 : 제1유성기어의 제1링기어 잇수,

Zs2 : 제2유성기어의 제2선기어 잇수,

Zr2 : 제2유성기어의 제2링기어 잇수,

Zs3 : 제3유성기어의 제3선기어 잇수,

Zr3 : 제3유성기어의 제3링기어 잇수,

Zs4 : 제4유성기어의 제4선기어 잇수,

Zr4 : 제4유성기어의 제4링기어 잇수,

일때, 기어단에 따른 기어비는 표 2와 같이 계산되고, 기어비 계산의 예시는 표 3 및 표 4와 같다.

예시와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치에서 기어단에 따른 기어비의 범위는 5.01~0.578 정도이다.

도 2a는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 1단 동력전달상태도이다.

1단은 제1변속영역의 제1브레이크(B1)와 제2클러치(C2), 그리고 제2변속영역의 제3브레이크(B3)와 제4클러치(C4)가 작동되는 상태이다.

1단에서 제1입력축(101)의 동력은 제2클러치(C2)를 통해 제2선기어(S2)로 전달되고, 제2피니언기어(P2)을 통해 제2링기어(R2)로 전달되고, 다시 제2링기어(R2)와 접속된 제1출력축(102)과 제2입력축(201), 그리고 제4클러치(C4)를 통해 제4선기어(S4)로 전달되고, 다시 제4피니언기어(P4)를 통해 제4링기어(R4)로 전달되고, 다시 제4링기어(R4)와 접속된 제2출력축(202)을 통해 구동바퀴로 전달된다.

1단에서는 제1브레이크(B1)을 통해 제1캐리어(Ca1)가 제동되고, 제3브레이크(B3)을 통해 제2캐리어(Ca2)가 제동된다.

이와 같은 접속을 통해 2개의 복합유성기어가 높은 기어비(약 5:1 정도)를 구현하여, 차량의 가속성능 및 등판성능을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 높은 변속비를 구현함에 따라 상대적으로 출력이 적은 엔진을 사용하여, 원가 절감 및 연비 향상의 효과를 기대할 수 있다

도 2b는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 2단 동력전달상태도이다.

2단은 제1변속영역의 제1브레이크(B1)와 제2클러치(C2), 그리고 제2변속영역의 제4브레이크(B4)와 제4클러치(C4)가 작동되는 상태이다.

2단에서 제1입력축(101)의 동력은 제2클러치(C2)를 통해 제2선기어(S2)로 전달되고, 제2피니언기어(P2)을 통해 제2링기어(R2)로 전달되고, 다시 제2링기어(R2)와 접속된 제1출력축(102)과 제2입력축(201), 그리고 제4클러치(C4)를 통해 제4선기어(S4)로 전달되고, 다시 제4피니언기어(P4)를 통해 제4링기어(R4)로 전달되고, 다시 제4링기어(R4)와 접속된 제2출력축(202)을 통해 구동바퀴로 전달된다.

2단에서는 제1브레이크(B1)을 통해 제1캐리어(Ca1)가 제동되지만 1단과 달리 제2캐리어(Ca2)가 제동되지 않게 되므로 제4링기어(R4)와 일체화된 제3링기어(R3)을 통해 제3피니언기어(P3)가 회전되고, 이 회전력이 제2캐리어(Ca2)를 통해 제4피니언기어(P4)로 전달된다.

이와 같은 접속을 통해 2번째 복합유성기어의 기어비가 낮아짐에 따라, 차량의 속도가 저속인 구간에서 주행하기 위한 적절한 기어비(약 3:1 정도)를 제공할 수 있다.

도 2c는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 3단 동력전달상태도이다.

3단은 제1변속영역의 제1브레이크(B1)와 제2클러치(C2), 그리고 제2변속영역의 제3클러치(C3)와 제4클러치(C4)가 작동되는 상태이다.

3단에서 제1입력축(101)의 동력은 제2클러치(C2)를 통해 제2선기어(S2)로 전달되고, 제2피니언기어(P2)을 통해 제2링기어(R2)로 전달되고, 다시 제2링기어(R2)와 접속된 제1출력축(102)과 제2입력축(201), 그리고 제3클러치(C3)와 제4클러치(C4)를 통해 제2캐리어(Ca2)와 제4선기어(S4)로 전달되고, 다시 제2캐리어(Ca2)와 제4피니언기어(P4)를 통해 제4링기어(R4)로 전달되고, 다시 제4링기어(R4)와 접속된 제2출력축(202)을 통해 구동바퀴로 전달된다.

이와 같은 접속을 통해 차량의 속도가 중속인 구간에서 주행하기 위한 적절한 기어비(약 2:1)를 제공할 수 있다.

도 2d는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 4단 동력전달상태도이다.

4단은 제1변속영역의 제1브레이크(B1)와 제2클러치(C2), 그리고 제2변속영역의 제4브레이크(B4)와 제3클러치(C3)가 작동되는 상태이다.

4단에서 제1입력축(101)의 동력은 제2클러치(C2)를 통해 제2선기어(S2)로 전달되고, 제2피니언기어(P2)을 통해 제2링기어(R2)로 전달되고, 다시 제2링기어(R2)와 접속된 제1출력축(102)과 제2입력축(201), 그리고 제3클러치(C3)를 통해 제2캐리어(Ca2)로 전달되고, 다시 제2캐리어(Ca2)를 통해 제3피니언기어(P3)와 제4피니언기어(P4)로 전달되고, 다시 제3피니언기어(P3)와 제4피니언기어(P4)를 통해 제3링기어(R3)과 제4링기어(R4)로 전달되고, 다시 제4링기어(R4)와 접속된 제2출력축(202)을 통해 구동바퀴로 전달된다.

4단에서는 제1브레이크(B1)을 통해 제1캐리어(Ca1)가 제동되고, 제4브레이크(B3)을 통해 제3선기어(S3)가 제동된다.

이처럼 1단 내지 4단은 제1변속영역인 제1입력축(101)과 제1출력축(102) 사이의 제1브레이크(B1)와 제2클러치(C2)가 작동되어 제1입력축(101)의 동력이 제2클러치(C2), 제2선기어(S2), 제2피니언기어(P2), 제2링기어(R2), 제1출력축(102)의 순서로 제2입력축(201)에 전달된다.

제1변속영역(1단 부터 4단)의 특징은 첫번째 복합유성기어의 기어비가 높게 형성되어 있으며, 이에 따라 비교적 큰 기어비(5:1부터 2:1 정도)가 형성되어 차량의 속도가 비교적 중저속인 구간에서 주행하기 위한 적절한 기어비를 제공할 수 있다.

도 2e는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 5단 동력전달상태도이고, 도 2f는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 6단 동력전달상태도이고, 도 2g는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 7단 동력전달상태도이고, 도 2h는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 8단 동력전달상태도이다.

5단에서 8단까지는 제1변속영역인 제1입력축(101)과 제1출력축(102) 사이에 위치하는 제1브레이크(B1), 제2브레이크(B2), 제1클러치(C1), 제2클러치(C2) 중에서 제2브레이크(B2)와 제2클러치(C2)가 작동된다.

따라서 5단에서 8단까지는 제1입력축(101)의 동력이 제2클러치(C2)를 통해 제2선기어(S2)로 전달되고, 다시 제2선기어(S2)를 통해 제2피니언기어(P2)로 전달되고, 다시 제2피니언기어(P2)를 통해 제2링기어(R2)로 전달되고, 다시 제2링기어(R2)를 통해 제1출력축(102)으로 전달된다.

또한, 5단에서 8단까지는 제1변속영역의 제2브레이크(B2)가 제1선기어(S1)을 제동하게 되고, 제1브레이크(B1)가 제1캐리어(Ca1)을 제동하지 않게 되므로 제1캐리어(Ca1) 및 제1피니언(P1)이 회전하게 된다.

한편, 5단은 제2변속영역인 제2입력축(201)과 제2출력축(202) 사이에 위치하는 제3브레이크(B3), 제4브레이크(B4), 제3클러치(C3), 제4클러치(C4) 중에서 제3브레이크(B3)와 제4클러치(C4)가 작동된다.

5단에서 제2입력축(201)의 동력은 제4클러치(C4)를 통해 제4선기어(S4)로 전달되고, 다시 제4선기어(S4)를 통해 제4피니언기어(P4)로 전달되고, 다시 제4피니언기어(P4)를 통해 제4링기어(R4)로 전달되고, 다시 제4링기어(R4)를 통해 제2출력축(202)으로 전달된다.

5단에서는 제3브레이크(B3)를 통해 제2캐리어(Ca2)가 제동된다.

5단의 제2변속영역에서의 동작은 전술한 1단의 제2변속영역에서의 동작과 같다.

이와 같은 접속을 통해 차량의 속도가 저속인 구간에서 주행하기 위한 적절한 기어비(약 3:1 정도)를 제공할 수 있다.

한편, 6단은 제2변속영역인 제2입력축(201)과 제2출력축(202) 사이에 위치하는 제3브레이크(B3), 제4브레이크(B4), 제3클러치(C3), 제4클러치(C4) 중에서 제4브레이크(B4)와 제4클러치(C4)가 작동된다.

6단에서는 제4브레이크(B3)를 통해 제3선기어(S3)가 제동된다.

6단의 제2변속영역에서의 동작은 전술한 2단의 제2변속영역에서의 동작과 같다.

즉, 6단에서 제2입력축(201)의 동력은 제4클러치(C4)를 통해 제4선기어(S4)로 전달되고, 다시 제4피니언기어(P4)를 통해 제4링기어(R4)로 전달되고, 다시 제4링기어(R4)와 접속된 제2출력축(202)을 통해 구동바퀴로 전달된다.

또한, 6단에서는 2단과 마찬가지로 제2캐리어(Ca2)가 제동되지 않게 되므로 제2캐리어(Ca2) 및 제3피니언기어(P3)가 회전된다.

한편, 7단은 제2변속영역의 제3브레이크(B3), 제4브레이크(B4), 제3클러치(C3), 제4클러치(C4) 중에서 제3클러치(C3)와 제4클러치(C4)가 작동된다.

7단의 제2변속영역에서의 동작은 전술한 3단의 제2변속영역에서의 동작과 같다.

즉, 7단에서 제2입력축(201)의 동력은 제3클러치(C3)와 제4클러치(C4)를 통해 제2캐리어(Ca2)와 제4선기어(S4)로 전달되고, 다시 제2캐리어(Ca2)와 제4피니언기어(P4)를 통해 제4링기어(R4)로 전달되고, 다시 제4링기어(R4)와 접속된 제2출력축(202)을 통해 구동바퀴로 전달된다.

이와 같은 접속을 통해 차량의 속도가 중고속인 구간에서 주행하기 위한 적절한 기어비(약 1:1)를 제공할 수 있다.

한편, 8단은 제2변속영역의 제3브레이크(B3), 제4브레이크(B4), 제3클러치(C3), 제4클러치(C4) 중에서 제4브레이크(B4)와 제3클러치(C3)가 작동된다.

8단의 제2변속영역에서의 동작은 전술한 4단의 제2변속영역에서의 동작과 같다.

즉, 8단에서 제2입력축(201)의 동력은 제3클러치(C3)를 통해 제2캐리어(Ca2)로 전달되고, 다시 제2캐리어(Ca2)를 통해 제3피니언기어(P3)와 제4피니언기어(P4)로 전달되고, 다시 제3피니언기어(P3)와 제4피니언기어(P4)를 통해 제3링기어(R3)과 제4링기어(R4)로 전달되고, 다시 제4링기어(R4)와 접속된 제2출력축(202)을 통해 구동바퀴로 전달된다.

8단에서 제4브레이크(B4)는 제3선기어(S3)를 제동한다.

도 2i는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 9단 동력전달상태도이고, 도 2j는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 10단 동력전달상태도이고, 도 2k는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 11단 동력전달상태도이고, 도 2l는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 12단 동력전달상태도이다.

9단에서 12단까지는 제1변속영역의 제1브레이크(B1), 제2브레이크(B2), 제1클러치(C1), 제2클러치(C2) 중에서 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)가 작동된다.

따라서 9단에서 12단까지는 제1입력축(101)의 동력이 제1클러치(C1)과 제2클러치(C2)를 통해 제1캐리어(Ca1) 및 제2선기어(S2)로 전달되고, 다시 제1캐리어(Ca1) 및 제2선기어(S2)를 통해 제2피니언기어(P2)로 전달되고, 다시 제2피니언기어(P2)를 통해 제2링기어(R2)로 전달되고, 다시 제2링기어(R2)를 통해 제1출력축(102)으로 전달된다.

9단에서 12단에서 제1변속영역의 제1브레이크(B1) 및 제2브레이크(B2)는 제1캐리어(Ca1) 및 제1선기어(S1)을 제동하지 않는다.

한편, 9단에서는 제2변속영역의 제3브레이크(B3)과 제4클러치(C4)가 작동된다.

9단의 제2변속영역에서의 동작은 전술한 1단의 제2변속영역에서의 동작 및 5단의 제2변속영역에서의 동작과 같다.

10단에서는 제2변속영역의 제4브레이크(B4)과 제4클러치(C4)가 작동된다.

10단의 제2변속영역에서의 동작은 전술한 2단의 제2변속영역에서의 동작 및 6단의 제2변속영역에서의 동작과 같다.

11단에서는 제2변속영역의 제3클러치(C3)과 제4클러치(C4)가 작동된다.

11단의 제2변속영역에서의 동작은 전술한 3단의 제2변속영역에서의 동작 및 7단의 제2변속영역에서의 동작과 같다.

12단에서는 제2변속영역의 제4브레이크(B4)과 제3클러치(C3)가 작동된다.

12단의 제2변속영역에서의 동작은 전술한 4단의 제2변속영역에서의 동작 및 8단의 제2변속영역에서의 동작과 같다.

이와 같은 접속을 통해 차량의 속도가 고속인 구간에서 주행하기 위한 적절한 기어비( 1:1 보다 작은 기어비)를 제공할 수 있다.

도 2m는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 13단 동력전달상태도이고, 도 2n는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 14단 동력전달상태도이고, 도 2o는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 15단 동력전달상태도이고, 도 2p는 동 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치의 16단 동력전달상태도이다.

13단에서 16단까지는 제1변속영역의 제1브레이크(B1), 제2브레이크(B2), 제1클러치(C1), 제2클러치(C2) 중에서 제2브레이크(B2)와 제1클러치(C1)가 작동된다.

따라서 13단에서 16단까지는 제1입력축(101)의 동력이 제1클러치(C1)를 통해 제1캐리어(Ca1)로 전달되고, 다시 제1캐리어(Ca1)를 통해 제1피니언기어(P1)로 전달되고, 다시 제1피니언기어(P1)를 통해 제1링기어(R1) 및 제2링기어(R2)로 전달되고, 다시 제2링기어(R2)를 통해 제1출력축(102)으로 전달된다.

13단에서 16단에서 제1변속영역의 제1브레이크(B1)는 제1캐리어(Ca1)를 제동하지 않고, 제2브레이크(B2)는 제1선기어(S1)을 제동한다.

한편, 13단에서는 제2변속영역의 제3브레이크(B3)과 제4클러치(C4)가 작동되고, 13단의 제2변속영역의 동작은 전술한 1단, 5단, 9단의 제2변속영역의 동작과 동일하다.

14단에서는 제2변속영역의 제4브레이크(B4)와 제4클러치(C4)가 작동되고, 14단의 제2변속영역의 동작은 전술한 2단, 6단, 10단의 제2변속영역의 동작과 동일하다.

15단에서는 제2변속영역의 제3클러치(C3)과 제4클러치(C4)가 작동되고, 14단의 제2변속영역의 동작은 전술한 3단, 7단, 11단의 제2변속영역의 동작과 동일하다.

16단에서는 제2변속영역의 제4브레이크(B4)와 제3클러치(C3)가 작동되고, 16단의 제2변속영역의 동작은 전술한 4단, 8단, 12단의 제2변속영역의 동작과 동일하다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치는 16단 이상으로 변속된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 다단 변속장치는 제2변속영역의 제3브레이크(B3)와 제4클러치(C4)가 작동되는 1단 상태 또는 5단 상태 또는 9단 상태 또는 13단 상태에서 제2브레이크(B3)가 해제되는 동시에 제4브레이크(B4)가 작동되면 2단 상태 또는 6단 상태 또는 10단 상태 또는 14단 상태로 변속된다.,

또한, 2단 상태 또는 6단 상태 또는 10단 상태 또는 14단 상태에서 제4브레이크(B4)가 해제되는 동시에 제3클러치(C3)가 작동되면 3단 또는 7단 상태 또는 11단 상태 또는 15단 상태로 변속되고, 3단 상태 또는 7단 상태 또는 11단 상태 또는 15단 상태에서 제4클러치(C4)가 해제되는 동시에 제4브레이크(B4)가 작동되면 4단상태 또는 8단 상태 또는 12단 상태 또는 16단 상태로로 변속된다.

반대로 4단 상태 또는 8단 상태 또는 12단 상태 또는 16단 상태에서 제4브레이크(B4)가 해제되는 동시에 제4클러치(C4)가 작동되면 3단 상태 또는 7단 상태 또는 11단 상태 또는 15단 상태로 변속된다.

이와 같은 접속을 통해 본 발명에서 제안하는 변속기는 총 16개의 변속비를 제공하여, 다양한 주행상황에 따라 기존 변속기 대비 최적의 변속비를 제공할 수 있다. 이를 통하여 차량의 가속성능 및 등판성능 향상/ 상대적으로 출력이 적은 엔진을 사용하여 원가 절감 및 연비 향상 효과/ 고속 주행시 낮은 엔진 회전수 사용에 따른 연비 향상 효과를 기대할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치의 구성도이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치는 4개의 유성기어(11~14), 3개의 클러치(C1)(C3)(C4), 4개의 브레이크(B1~B4)를 포함한다

본 발명의 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치는 전술한 바람직한 실시 예의 제1변속영역의 제2클러치(C2)를 삭제한 방식으로 제1입력축(101)이 제2선기어(S2)에 상시 연결되는 형태이다.

따라서 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치에 있어서는 제1변속영역에서 제1입력축(201)의 동력이 제2선기어(S4)에 상시 전달된다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치는 표 5와 같이 12단까지의 변속이 가능하다.

이와 같은 변형 구조를 제안하는 이유는, 본 발명에서 제안하는 16개의 기어비 중에서 유사한 기어비를 제거하고, 1개의 클러치를 삭제하여 원가절감을 도모하기 위함이다. 또한, 클러치는 접속이 되어 있지 않는 경우 클러치의 판과 판사이의 오일(oil) 때문에 변속기의 다른 축의 회전을 방해하는 요소로 작용하며, 이는 변속기의 동력전달 효율을 하락시키는 요인으로 작용하기 때문에, 1개의 클러치를 삭제함으로써 전반적인 변속기의 동력전달 효율 증가를 기대할 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치의 구성도이다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치는 4개의 유성기어(11~14), 3개의 클러치(C1~C3), 4개의 브레이크(B1~B4)를 포함한다

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치는 전술한 바람직한 실시 예의 제2변속영역의 제4클러치(C4)를 삭제한 방식으로 제2입력축(201)이 제4선기어(S4)에 상시 연결되는 형태이다.

따라서 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치에 있어서는 제2변속영역에서 제2입력축(201)의 동력이 제4선기어(S4)에 상시 전달된다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다단 자동변속장치는 표 6과 같이 12단까지의 변속이 가능하다.

본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 제1변속영역과 제2변속영역에 각각 링기어와 캐리어를 공유하는 2개의 유성기어를 마련한 것으로, 기어단수를 증가시켜 변속효율을 높일 수 있으면서도 변속기의 크기를 작게 구성할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 차량의 다단 자동변속장치는 많은 수의 기어비를 제공하여 운전점이 최적인 곳으로 차량의 변속을 제어할 수 있게 되고, 높은 기어비 및 낮은 기어비를 제공할 수 있게 되어 차량의 변속 성능향상과 연비절감을 도모할 수 있게 된다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

11~14 : 유성기어
S1~S4 : 선기어
P1~P4 : 피니언기어
R1~R4 : 링기어
C1~C4 : 클러치
B1~B4 : 브레이크
Ca1, Ca2 : 캐리어
101 : 제1입력축
102 : 제1출력축
201 : 제2입력축
202 : 제2출력축

Claims

기어비에 따라 출력 회전수를 변경하는 4개의 유성기어(11~14);
제1입력축(101)의 동력 또는 제2입력축(201)의 동력을 해당 캐리어(Ca1)(Ca2) 또는 해당 유성기어(12)(14)의 선기어(S2)(S4)로 이어주거나 끊어주는 4개 클러치(C1~C4);
해당 캐리어(Ca1)(Ca2) 또는 해당 유성기어(11)(13)의 선기어(S1)(S3)를 제동하는 4개의 브레이크(B1~B4);를 포함하고,
엔진과 접속되는 제1입력축(101)의 회전을 제1유성기어(11)와 제2유성기어(12), 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2), 제1브레이크(B1)와 제2브레이크(B2)를 통해 변속하여 제1출력축(102)으로 전달하는 제1변속영역;
제1출력축과 접속되는 제2입력축(201)의 회전을 제3유성기어(13)와 제4유성기어(14), 제3클러치(C3)와 제4클러치(C4), 제3브레이크(B3)와 제4브레이크(B4)를 통해 변속하여 구동바퀴와 접속되는 제2출력축(202)으로 전달하는 제2변속영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 다단 자동변속장치.
제1항에 있어서,
4개의 유성기어(11~14) 중에서 제1유성기어(11; SPPG1) 및 제3유성기어(13; SPPG3)는 단일 피니언 유성기어이고, 제2유성기어(12; DPPG2) 및 제4유성기어(14; DPPG4)는 이중 피니언 유성기어이고,
제1유성기어(11)의 제1피니언기어(P1)와 제2유성기어의 제2피니언기어(P2)는 제1캐리어(Ca1)를 통해 연결되고, 제3유성기어(13)의 제3피니언기어(P3)와 제4유성기어(14)의 제4피니언기어(P4)는 제2캐리어(Ca2)를 통해 연결되고,
제1유성기어(11)의 제1링기어(R1)와 제2유성기어(12)의 제2링기어(R2)는 일체로 구성되고, 제3유성기어(13)의 제3링기어(R3)와 제4유성기어(14)의 제4링기어(R4)는 일체로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 다단 자동변속장치.
제1항에 있어서,
4개의 클러치(C1~C4) 중에서 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)는 엔진과 접속되는 제1입력축(101)에 설치되고, 제3클러치(C3)와 제4클러치(C4)는 제1출력축(102)에 접속되는 제2입력축(201)에 설치된 것을 특징으로 하는 차량의 다단 자동변속장치.
제3항에 있어서,
4개의 클러치(C1~C4) 중에서
제1클러치(C1)는 제1캐리어(Ca1)에 접속되고,
제2클러치(C2)는 제2유성기어(12)의 제2선기어(S2)에 접속되고,
제3클러치(C3)는 제2캐리어(Ca2)에 접속되고,
제4클러치(C4)는 제4유성기어(14)의 제4선기어(S4)에 접속된 것을 특징으로 하는 차량의 다단 자동변속장치.
제1항에 있어서,
4개의 브레이크(B1~B4) 중에서
제1브레이크(B1)는 제1캐리어(Ca1)에 접속되고,
제2브레이크(B2)는 제1유성기어(11)의 제1선기어(S1)에 접속되고,
제3브레이크(B3)는 제2캐리어(Ca2)에 접속되고,
제4브레이크(B4)는 제3유성기어(13)의 제3선기어(S3)에 접속된 것을 특징으로 하는 차량의 다단 자동변속장치.
기어비에 따라 출력 회전수를 변경하는 4개의 유성기어(11~14);
제1입력축(101)의 동력 또는 제2입력축(201)의 동력을 해당 캐리어(Ca1)(Ca2) 또는 해당 유성기어(12)(14)의 선기어(S2)(S4)로 이어주거나 끊어주는 3개 클러치(C1)(C3)(C4);
해당 캐리어(Ca1)(Ca2) 또는 해당 유성기어(11)(13)의 선기어(S1)(S3)를 제동하는 4개의 브레이크(B1~B4);를 포함하고,
엔진과 접속되는 제1입력축(101)의 회전을 제1유성기어(11)와 제2유성기어(12), 제1클러치(C1), 제1브레이크(B1)와 제2브레이크(B2)를 통해 변속하여 제1출력축(102)으로 전달하는 제1변속영역;
제1출력축과 접속되는 제2입력축(201)의 회전을 제3유성기어(13)와 제4유성기어(14), 제3클러치(C3)와 제4클러치(C4), 제3브레이크(B3)와 제4브레이크(B4)를 통해 변속하여 구동바퀴와 접속되는 제2출력축(202)으로 전달하는 제2변속영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 다단 자동변속장치.
제6항에 있어서,
제1입력축(101)이 제2유성기어(12)의 제2선기어(S2)에 상시 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 다단 자동변속장치.
기어비에 따라 출력 회전수를 변경하는 4개의 유성기어(11~14);
제1입력축(101)의 동력 또는 제2입력축(201)의 동력을 해당 캐리어(Ca1)(Ca2) 또는 해당 유성기어(12)(14)의 선기어(S2)(S4)로 이어주거나 끊어주는 3개 클러치(C1)(C2)(C3);
해당 캐리어(Ca1)(Ca2) 또는 해당 유성기어(11)(13)의 선기어(S1)(S3)를 제동하는 4개의 브레이크(B1~B4);를 포함하고,
엔진과 접속되는 제1입력축(101)의 회전을 제1유성기어(11)와 제2유성기어(12), 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2), 제1브레이크(B1)와 제2브레이크(B2)를 통해 변속하여 제1출력축(102)으로 전달하는 제1변속영역;
제1출력축과 접속되는 제2입력축(201)의 회전을 제3유성기어(13)와 제4유성기어(14), 제3클러치(C3), 제3브레이크(B3)와 제4브레이크(B4)를 통해 변속하여 구동바퀴와 접속되는 제2출력축(202)으로 전달하는 제2변속영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 다단 자동변속장치.
제8항에 있어서,
제2입력축(201)이 제4유성기어(14)의 제4선기어(S4)에 상시 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 다단 자동변속장치.