KR101284332B1

KR101284332B1 - 차량의 자동화 수동변속기

Info

Publication number: KR101284332B1
Application number: KR1020120047850A
Authority: KR
Inventors: 어순기; 이동수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2013-07-08

Abstract

본 발명은 종래 변속을 위해 필연적으로 동력을 순간적으로 차단했다가 연결해야만 했던 수동변속기의 메커니즘을 사용하면서도, 변속시에 구동륜에 별도의 동력을 전달할 수 있도록 하여, 변속중 발생되는 토크 저하 현상을 배제함으로써, 변속감이 저하되는 것을 방지하여 부드럽고 안정된 변속감을 형성하여, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

차량의 자동화 수동변속기{AUTOMATED MANUAL TRANSMISSION FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 자동화 수동변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변속중 끌어 당기는 듯한 변속감 저하현상을 개선할 수 있도록 한 자동화 수동변속기의 구성에 관한 기술이다.

자동화 수동변속기는 차량의 운전중 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.

첨단자동차섀시, 골든벨출판사, 김재휘저 87~94쪽

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 변속을 위해 필연적으로 동력을 순간적으로 차단했다가 연결해야만 했던 수동변속기의 메커니즘을 사용하면서도, 변속시에 구동륜에 별도의 동력을 전달할 수 있도록 하여, 변속중 발생되는 토크 저하 현상을 배제함으로써, 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 수동변속기는

입력축과 출력축 사이에 서로 다른 기어비를 구현하는 복수의 변속기구를 구비한 변속부와;

상기 변속부의 입력축으로 동력을 제공하는 동력제공장치와 상기 출력축 사이에 설치되어, 상기 동력제공장치로부터의 동력을 상기 출력축으로 무단의 변속비로 전달할 수 있도록 구성된 무단전달기구를 포함하여 구성되고;

상기 무단전달기구는

상기 동력제공장치의 회전축에 연결된 구동디스크와;

상기 구동디스크와 대응되게 이격되고 동심축을 이루어 회전 가능하게 설치되며, 상기 출력축으로 연결되는 피동디스크와;

상기 구동디스크와 피동디스크에 동시에 접촉하여 그 회전축의 기울어짐을 가변함으로써, 상기 구동디스크와 피동디스크 사이에서 무단의 변속비로 동력 전달이 이루어지도록 설치된 롤러를 포함하여 이루어진 풀토로이달(FULL TOROIDAL)

로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 자동화 수동변속기의 구성도,
도 2는 도 1의 롤러와 구동디스크 및 피동디스크의 무단 변속 원리를 설명한 도면,
도 3은 도 1의 구성도에서 엔진 시동시의 동력 전달 관계를 설명한 도면,
도 4는 도 1의 구성도에서 1단 주행중의 동력 전달 관계를 설명한 도면,
도 5는 도 1의 구성도에서 1단에서 2단으로 변속중의 동력 전달 관계를 설명한 도면,
도 6은 도 1의 구성도에서 2단 주행중의 동력 전달 관계를 설명한 도면,
도 7은 도 1의 구성도에서 R단 주행중의 동력 전달 관계를 설명한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT) 사이에 서로 다른 기어비를 구현하는 복수의 변속기구를 구비한 변속부(1)와; 상기 변속부(1)의 입력축(INPUT)으로 동력을 제공하는 동력제공장치(3)와 상기 출력축(OUTPUT) 사이에 설치되어, 상기 동력제공장치(3)로부터의 동력을 상기 출력축(OUTPUT)으로 무단의 변속비로 전달할 수 있도록 구성된 무단전달기구(5)를 포함하여 구성된다.

즉, 종래의 일반적인 수동 변속기 변속메커니즘을 가진 변속부(1)에 대하여, 상기 동력제공장치(3)로부터 병렬로 상기 무단전달기구(5)가 동력을 제공받아, 상기 변속부(1)의 변속시에 상기 입력축(INPUT)을 우회하여 상기 출력축(OUTPUT)으로 동력을 지속적으로 제공할 수 있도록 함으로써, 종래 변속중의 동력 단절에 따른 토크 저하 현상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명에서, 상기 무단전달기구(5)는 상기 동력제공장치(3)의 회전축에 연결된 구동디스크(7)와; 상기 구동디스크(7)와 대응되게 이격되고 동심축을 이루어 회전 가능하게 설치되며, 상기 출력축(OUTPUT)으로 연결되는 피동디스크(9)와; 상기 구동디스크(7)와 피동디스크(9)의 홈에 동시에 접촉하여 그 회전축의 기울어짐을 가변함으로써, 상기 구동디스크(7)와 피동디스크(9) 사이에서 무단의 변속비로 동력 전달이 이루어지도록 설치된 롤러(11)를 포함하여 이루어진 풀토로이달(FULL TOROIDAL)로 구성된다.

즉, 상기 구동디스크(7)와 피동디스크(9)에 동시에 접촉하고 있는 상기 롤러(11)의 회전축(A) 경사를 변경함에 의해 무단 변속의 동력 전달이 이루어지게 되는 것으로, 도 2에 예시된 바와 같이 상기 구동디스크(7)의 회전력은 상기 롤러(11)와의 접촉점에서 상기 구동디스크(7)의 회전축까지의 반경 R1을 모멘트암으로 하여 상기 롤러(11)를 구동하게 되고, 그 구동력은 상기 피동디스크(9)의 회전축으로부터 상기 피동디스크(9)와 롤러(11)의 접촉점까지의 반경 R2를 모멘트암으로 하여 상기 피동디스크(9)을 구동하게 되며, 상기 R1과 R2는 상기 롤러(11)의 회전축(A) 경사가 변경됨에 따라 연속적으로 변화하면서 무단의 연속된 변속비를 구현할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에서, 상기 풀토로이달은 상기 구동디스크(7)와 피동디스크(9)는 상기 롤러(11)가 삽입되는 홈이 서로 마주하도록 배치되고, 상기 롤러(11)의 회전축은 상기 구동디스크(7) 및 피동디스크(9)의 회전축에 대하여 기울어진 상태가 가변되도록 설치되며, 상기 롤러(11)의 회전축(A)은 상기 롤러(11)와 상기 구동디스크(7) 및 피동디스크(9)가 접촉하는 두 지점을 연결하는 직선상에 위치한 회동축(C)을 중심으로 회동 가능하도록 설치되고, 상기 롤러(11)의 회전축을 상기 회동축(C)을 중심으로 회동시키는 롤러축가변장치(13)가 구비된 구성이다.

상기 무단전달기구(5)인 풀토로이달은 ON-CENTER TYPE TOROIDAL로도 불리우며, 상기 구성과 같이 상기 롤러(11)의 회전축이 회동되는 회동축이 상기 롤러(11)와 구동디스크(7) 및 피동디스크(9)의 두 접촉점 연결선 상에 있어서, 그 회동축이 상기 연결선으로부터 일측으로 벗어나 있는 OFF-CENTER TYPE인 해프토로이달(HALF TOROIDAL)과는 구별되는 메커니즘이다.

상기 풀토로이달은 상기 해프토로이달에 비하여, 구현할 수 있는 변속비 변화 폭이 매우 넓다는 장점이 있는 반면, 상기 롤러와 구동디스크 및 피동디스크의 접촉점에서 발생하는 상대회전에 의한 스핀에 의해 다소 내구성이 떨어지는 단점이 있다.

참고로, 상기 롤러축가변장치(13)는 상기 롤러(11)의 회전축을 상기 회동축을 중심으로 회동시켜줄 수 있는 액츄에이터로서, 모터와 감속기 등과 같은 장치로 구성할 수 있으며, 종래의 공지된 기술을 사용할 수 있다.

한편, 상기 피동디스크(9)와 상기 출력축(OUTPUT) 사이에는 동력을 연결하거나 차단할 수 있도록 구성된 동력단속기구(15)가 구비된다.

상기 피동디스크(9)의 회전축에는 상기 출력축(OUTPUT)으로 동력을 전달하도록 형성된 구동기어(17)가 구비되고, 상기 출력축(OUTPUT)에는 상기 구동기어(17)에 치합되는 피동기어(19)가 구비되며, 상기 동력단속기구(15)는 상기 피동디스크(9)의 회전축 상에서 상기 피동디스크(9)와 상기 구동기어(17) 사이의 동력을 단속할 수 있도록 설치된다.

물론, 이와는 달리 상기 동력단속기구(15)를 상기 출력축(OUTPUT)에 구비하는 등 다른 구성도 가능할 것이며, 상기 동력단속기구(15)는 마찰클러치나, 도그클러치, 동기치합장치, 마찰밴드, 마그네틱클러치 등과 같은 것들 중 적절한 것이 사용될 수 있을 것이다.

상기 입력축(INPUT)과 상기 동력제공장치(3) 사이에는 상기 동력제공장치(3)로부터의 동력을 단속적으로 상기 입력축(INPUT)으로 제공하도록 하는 클러치(21)가 구비된다.

본 실시예에서, 상기 동력제공장치(3)는 내연기관인 엔진으로 이루어지고, 상기 클러치(21)는 상기 엔진의 플라이휠(23)과 접촉 가능하도록 설치되는 클러치디스크(25)를 포함하여 이루어지며, 상기 구동디스크(7)는 상기 클러치디스크(25) 외측을 감싸면서 내부에 상기 입력축(INPUT)이 관통하는 중공축을 형성하는 클러치커버(27)에 연결된 구조이다.

즉, 상기 클러치디스크(25)와 플라이휠(23)의 설치구조는 종래의 일반적인 클러치메커니즘과 동일하지만, 본 실시예에서는 상기 클러치커버(27)가 상기 구동디스크(7)를 상기 플라이휠(23)에 연결하여 회전력을 전달하는 중공의 회전축 역할을 아울러 수행하는 차이점이 있으며, 이와 같은 구성은 종래의 일반적인 수동변속기 클러치 메커니즘을 최대한 활용하면서 컴팩트한 파워트레인의 구성이 가능하도록 하는 장점이 있다.

본 발명의 도 1 내지 도 7에서 상기 변속부(1)의 변속기구는 키이와 싱크로나이저링을 사용하여 동기후 치합되는 동기치합식으로 구성된 것을 예시하고 있으나, 이외에 상기 변속부(1)의 변속기구는 도그클러치 등과 같은 다른 메커니즘에 의해서도 구성될 수 있을 것이다.

도 1 내지 도 7의 본 실시예에서는 동기치합식 변속기구로 상기 변속부(1)가 구성되어 있으며, 상기 변속부(1)는 1단 내지 5단의 변속단 및 R단을 구비하는 경우를 예시하고 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 도 3 내지 도 7을 참조하여 살펴본다. 참고로, 도 7은 후진단인 R단 주행상태를 설명하는 것으로서, 도 1 내지 도 6에서는 생략한 후진아이들러기어(35) 등이 더 도시되어 있다.

도 3은 엔진 시동시를 도시한 것으로서, 상기 클러치(21)와 동력단속기구(15)는 모두 차단된 상태에서, 상기 엔진을 상기 시동모터(29)로 크랭킹하여 시동이 이루어진다. 따라서, 상기 입력축(INPUT)이나 출력축(OUTPUT)으로는 동력이 전달되지 않는 상태에서 상기 엔진의 회전력은 상기 구동디스크(7)와 롤러(11)를 거쳐 상기 피동디스크(9)까지만 전달되고 있다.

물론, 상기 시동시에 상기 변속부(1)가 아무런 변속단을 연결시키지 않고 있다면, 상기 클러치(21)는 연결된 상태에서도 시동이 가능할 것이다.

상기한 바와 같은 상태에서 상기 클러치(21)가 차단되어 있으면, 1-2단동기치합장치(31)로 1단 변속단을 형성할 수 있으며, 1단변속단이 형성된 상태에서 상기 클러치(21)를 연결시키면, 차량의 발진과 함께 도 4에 도시된 바와 같이 1단 주행상태를 구현할 수 있다.

도 4에서, 상기 엔진으로부터의 동력은 상기 클러치(21)를 통해 상기 입력축(INPUT)으로 전달된 후, 1단변속단기어쌍을 통해 출력축(OUTPUT)으로 1단변속이 이루어지면서 전달되어 차동장치(33)를 통해 구동륜으로 제공된다.

이때, 상기 동력단속기구(15)는 차단된 상태를 유지하여, 상기 구동디스크(7)와 피동디스크(9)을 통한 동력은 상기 출력축(OUTPUT)으로 전달되지 않는다.

도 5는, 1단변속단으로부터 2단변속단으로 변속이 이루어지는 중간 과정을 도시한 것으로서, 상기 클러치(21)를 차단하면서 상기 동력단속기구(15)를 연결하여, 상기 엔진으로부터의 동력은 상기 입력축(INPUT)으로는 차단되어도 상기 구동디스크(7)와 롤러(11) 및 피동디스크(9)을 통해 상기 출력축(OUTPUT)으로 전달되어 변속중 토크 저하 현상을 방지하도록 하고 있다.

이때, 상기 구동디스크(7)와 피동디스크(9)가 상기 롤러(11)와 함께 형성하는 변속비는 상기 피동디스크(9)가 1단변속단 상태에서의 상기 출력축(OUTPUT) 회전속도를 맞출 수 있는 상태로부터 2단변속단 상태에서의 상기 출력축(OUTPUT) 회전속도를 맞출 수 있는 상태로 조절되게 되는 바, 상기 롤러축가변장치(13)를 구동하여 상기 롤러(11)의 기울어짐을 조절하여 원하는 변속비를 연속적으로 형성함에 의해, 1단으로부터 2단으로 변속되는 과정에서 클러치(21)에 의해 입력축(INPUT)에 전달되던 토크가 차단됨에 의해 발생하는 토크의 저하 현상이 방지됨은 물론, 현재변속단과 목표변속단 사이의 부드러운 연결이 가능하도록 한다.

상기와 같이 클러치(21)가 차단되고 동력단속기구(15)가 연결되어 상기 엔진의 동력이 상기 구동디스크(7)와 피동디스크(9)를 통해 상기 출력축(OUTPUT)으로 우회하여 공급되는 동안, 상기 1-2단동기치합장치(31)는 1단을 해제하고 2단으로의 치합을 완료한다.

상기와 같이 2단변속단의 치합이 이루어진 후에, 상기 클러치(21)를 결합하면서 상기 동력단속기구(15)를 차단하면, 도 6과 같은 2단 주행 상태가 구현된다.

도 6에서, 상기 엔진으로부터의 동력은 상기 클러치(21)를 통해 상기 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT) 사이에서 2단의 변속단으로 조절되어 상기 차동장치(33)를 통해 구동륜으로 공급되며, 엔진으로부터 상기 피동디스크(9)까지 전달된 동력은 상기 동력단속기구(15)에 의해 차단된 상태이다.

이상과 같이 1단에서 2단으로 변속되는 동안 상기 구동디스크(7)와 롤러(11) 및 피동디스크(9)에 의한 출력축(OUTPUT)으로의 지속적인 동력 제공은, 이외의 나머지 변속단들 사이의 변속에서도 마찬가지 원리로 이루어지게 되며, 특히 1단과 2단 사이와 같은 저단 사이의 변속은 물론, 4단과 5단 사이와 같은 고단간의 변속에서도, 심지어는 오버드라이브 변속단에서도, 상기 구동디스크(7)와 피동디스크(9) 사이에서는 현재의 변속단과 목표변속단의 출력축(OUTPUT) 회전속도를 무단으로 맞추면서 동력을 보상해줄 수 있어서, 당해 변속기의 전 변속범위 내에서 변속중의 토크저하가 방지되고 부드럽고 안정된 변속감을 형성할 수 있게 된다.

한편, 도 7은 후진시의 동력전달 상황을 설명한 것으로서, 차량이 정지된 상태에서 상기 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT) 사이의 후진아이들러기어(35)를 연결함으로써, 후진 변속단이 구현되도록 하고 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.

1; 변속부
3; 동력제공장치
5; 무단전달기구
7; 구동디스크
9; 피동디스크
11; 롤러
13; 롤러축가변장치
15; 동력단속기구
17; 구동기어
19; 피동기어
21; 클러치
23; 플라이휠
25; 클러치디스크
27; 클러치커버
29; 시동모터
31; 1-2단동기치합장치
33; 차동장치
35; 후진아이들러기어
INPUT; 입력축
OUTPUT; 출력축
A; 회전축
C; 회동축

Claims

입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT) 사이에 서로 다른 기어비를 구현하는 복수의 변속기구를 구비한 변속부(1)와;
상기 변속부(1)의 입력축(INPUT)으로 동력을 제공하는 동력제공장치(3)와 상기 출력축(OUTPUT) 사이에 설치되어, 상기 동력제공장치(3)로부터의 동력을 상기 출력축(OUTPUT)으로 무단의 변속비로 전달할 수 있도록 구성된 무단전달기구(5)를 포함하여 구성되고;
상기 무단전달기구(5)는
상기 동력제공장치(3)의 회전축에 연결된 구동디스크(7)와;
상기 구동디스크(7)와 대응되게 이격되고 동심축을 이루어 회전 가능하게 설치되며, 상기 출력축(OUTPUT)으로 연결되는 피동디스크(9)와;
상기 구동디스크(7)와 피동디스크(9)에 동시에 접촉하여 그 회전축의 기울어짐을 가변함으로써, 상기 구동디스크(7)와 피동디스크(9) 사이에서 무단의 변속비로 동력 전달이 이루어지도록 설치된 롤러(11)를 포함하여 이루어진 풀토로이달;
로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 피동디스크(9)와 상기 출력축(OUTPUT) 사이에는 동력을 연결하거나 차단할 수 있도록 구성된 동력단속기구(15)가 구비된 것
을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 피동디스크(9)의 회전축에는 상기 출력축(OUTPUT)으로 동력을 전달하도록 형성된 구동기어(17)가 구비되고;
상기 출력축(OUTPUT)에는 상기 구동기어(17)에 치합되는 피동기어(19)가 구비되며;
상기 동력단속기구(15)는 상기 피동디스크(9)의 회전축 상에서 상기 피동디스크(9)와 상기 구동기어(17) 사이의 동력을 단속할 수 있도록 설치된 것
을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 입력축(INPUT)과 상기 동력제공장치(3) 사이에는 상기 동력제공장치(3)로부터의 동력을 단속적으로 상기 입력축(INPUT)으로 제공하도록 하는 클러치(21)가 구비된 것
을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동 변속기.
청구항 4에 있어서,
상기 동력제공장치(3)는 내연기관인 엔진으로 이루어지고;
상기 클러치(21)는 상기 엔진의 플라이휠(23)과 접촉 가능하도록 설치되는 클러치디스크(25)를 포함하여 이루어지며;
상기 구동디스크(7)은 상기 클러치디스크(25) 외측을 감싸면서 내부에 상기 입력축(INPUT)이 관통하는 중공축을 형성하는 클러치커버(27)에 연결된 것
을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 구동디스크(7)와 피동디스크(9)는 상기 롤러(11)가 삽입되는 홈이 서로 마주하도록 배치되고;
상기 롤러(11)의 회전축은 상기 구동디스크(7) 및 피동디스크(9)의 회전축에 대하여 기울어진 상태가 가변되도록 설치되며;
상기 롤러(11)의 회전축은 상기 롤러(11)와 상기 구동디스크(7) 및 피동디스크(9)가 접촉하는 두 지점을 연결하는 직선상에 위치한 회동축을 중심으로 회동 가능하도록 설치되고;
상기 롤러(11)의 회전축을 상기 회동축을 중심으로 회동시키는 롤러축가변장치(13);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동변속기.
청구항 1 내지 청구항 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변속부(1)의 변속기구는 키이와 싱크로나이저링을 사용하여 동기후 치합되는 동기치합식으로 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동 변속기.
청구항 1 내지 청구항 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변속부(1)의 변속기구는 도그클러치에 의해 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 자동화 수동 변속기.