KR101452596B1 - 토크 어시스트 시스템 및 이를 이용한 자동화 수동 변속기 - Google Patents

토크 어시스트 시스템 및 이를 이용한 자동화 수동 변속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변속 지연 형상을 억제하여 부드러운 변속감을 얻을 수 있는 토크 어시스트 시스템 및 이를 이용한 자동화 수동 변속 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 토크 어시스트 시스템은 제 1 종단부가 입력 샤프트에 연결되며, 외부 샤프트 및 일부가 외부 샤프트 외부로 연장된 상태에서 외부 샤프트와 독립적으로 회전하는 내부 샤프트로 이루어진 토크 어시스트 샤프트; 토크 어시스트 샤프트의 제 2 종단부에 노출된 내부 샤프트에 장착된 유성 기어 세트; 유성 기어 세트와 인접하게 배치되며, 외부에서 제공된 외력에 의하여 작동하는 클러치; 토크 어시스트 샤프트의 노출된 내부 샤프트에 장착되며, 클러치에 의하여 유성 기어 세트와 연결되어 변속 장치의 출력 샤프트에 장착된 출력 기어로 동력을 전달하는 입력 기어를 포함한다. 이러한 구조에서는 변속 과정 중에 외부 샤프트가 회전하지 않은 상태에서도 내부 샤프트가 회전하여 유성 기어 세트 및 입력 기어를 통하여 출력 샤프트로 구동력을 전달할 수 있다.

Description

토크 어시스트 시스템 및 이를 이용한 자동화 수동 변속기{Torque assist systemem and automated manual transmission employing the same}
본 발명은 토크 어시스트 시스템에 관한 것으로서, 특히 변속 중에 발생하는 토크 단절 현상을 방지할 수 있는 구조를 갖는 토크 어시스트 시스템 및 이를 이용한 자동화 수동 변속기에 관한 것이다.
차량 엔진에서 발생하는 토크(torque)는 회전속도의 변화에 상관없이 거의 일정하며, 출력은 회전 속도에 따라 크게 변화하는 특성을 갖고 있다. 차량이 주행할 때 필요로 하는 구동력은 도로 상황 및 주행 속도 등에 의해 크게 변화하므로, 이에 대응하기 위해 엔진과 차륜 사이에서 토크를 변화시키는 변속 장치가 요구된다.
이러한 변속 장치는 크게 수동 변속 장치와, 자동 변속 장치 그리고 자동화 수동 변속 장치로 구분될 수 있다.
수동 변속 장치는 운전자가 수동으로 기어를 바꾸는 변속기로서, 변속시에는 클러치(clutch)로 변속 액츄에이터(actuator)와 엔진 사이의 연결을 분리시킨 다음 기어를 조작하여 단수를 조정한 후, 다시 클러치로 동력을 전하는 동작이 필요하다. 이러한 과정으로 인하여 숙달되지 않은 운전자의 경우 조작이 어렵다는 단점이 있다. 그러나, 수동 변속 장치는 자동 변속기가 장착된 차량에 비해 엔진의 능력을 잘 활용할 수 있기 때문에 빠른 응답성을 원하거나 높은 연비를 추구하는 운전자들이 선호한다.
자동 변속 장치는 자동으로 변속이 진행되는 장치로서, 토크 컨버터(torque converter)는 유체의 흐름에 의해 동력의 단속과 토크를 증대시킨다. 자동 변속 장치는 가속 페달을 밟은 정도와 차속에 따라 미리 정해진 변속 패턴에 의해 자동적으로 변속단을 바꾸어 주는 것으로 유압 장치에 의해 변속 과정이 이루어진다.
최근에는 자동 변속 장치의 단점을 보완하여 기어를 사용하지 않고 벨트와 경사를 갖는 풀리(pulley)에 의해 변속 충격이 없는 매끄러운 가속을 실현할 수 있는 무단변속기(Continuously Variable Transmission; CVT)가 개발되고 있으며, 수동 변속 장치의 단점을 보완하여 클러치 페달이 없는 시스템 즉, 변속은 운전자가 수동으로 조작하지만, 변속시 운전자가 클러치를 조작할 필요가 없는 반자동(semi automatic transmission; SAT) 및 수동 변속 장치에서 클러치와 변속 레버 조작 모두를 자동화한 자동화 수동 변속장치(automated manual transmission; AMT)가 개발되고 있다.
특히, 자동화 수동 변속 장치는 수동 변속기를 그대로 사용하면서 클러치와 변속 레버를 유압 제어 장치로 자동 제어하기 때문에 수동 변속 장치가 지니고 있는 연비의 장점을 그대로 살리면서 자동 변속 장치의 편리성 모두를 갖는 특징이 있다. 일반적인 자동화 수동 변속 장치의 한 예는 전동식 액츄에이터와 건식 단판 클러치가 장착된 자동화 수동 변속 장치이다.
그러나, 자동화 수동 변속 장치의 가장 큰 문제점은 변속시, 즉 클러치가 오프(off) 상태일 때, 토크 단절로 인한 변속 지연 현상(torque interruption)이며, 변속 지연 현상으로 인하여 차량의 울컥 거림이 발생하기 때문에 운전자를 포함한 승객은 만족스럽지 못한 변속감을 느끼게 된다. .
본 발명은 자동화 수동 변속 장치에서 발생하는 위와 같은 변속 지연 형상을 억제하여 부드러운 변속감을 얻을 수 있는 토크 어시스트 시스템 및 이를 이용한 자동화 수동 변속 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 토크 어시스트 시스템은 제 1 종단부가 입력 샤프트에 연결되며, 외부 샤프트 및 일부가 외부 샤프트 외부로 연장된 상태에서 외부 샤프트와 독립적으로 회전하는 내부 샤프트로 이루어진 토크 어시스트 샤프트; 토크 어시스트 샤프트의 제 2 종단부에 노출된 내부 샤프트에 장착된 유성 기어 세트; 유성 기어 세트와 인접하게 배치되며, 외부에서 제공된 외력에 의하여 작동하는 클러치; 토크 어시스트 샤프트의 노출된 내부 샤프트에 장착되며, 클러치에 의하여 유성 기어 세트와 연결되어 변속 장치의 출력 샤프트에 장착된 출력 기어로 동력을 전달하는 입력 기어를 포함한다.
이러한 구조에서는 변속 과정 중에 외부 샤프트가 회전하지 않은 상태에서도 내부 샤프트가 회전하여 유성 기어 세트 및 입력 기어를 통하여 출력 샤프트로 구동력을 전달할 수 있다.
여기서, 토크 어시스트 샤프트의 외부 샤프트는 중공(中空) 원통 형상을 가지며 입력 샤프트의 외부 샤프트와 결합되어 변속 시에 엔진으로부터의 동력이 전달이 차단되며,또한 내부 샤프트는 중공 원통 형상을 가지며, 입력 샤프트의 내부 샤프트와 결합되어 변속 시에도 엔진으로부터 동력을 전달받는다.
특히, 토크 어시스트 샤프트의 외부 샤프트와 내부 샤프트 사이에는 니들 롤러 베어링이 장착되어 외부 샤프트가 회전과 관계없이 내부 샤프트가 회전할 수 있다. 이와 함께, 토크 어시스트 샤프트의 연장된 내부 샤프트와 입력 기어는 스플라인 결합에 의하여 연결되는 것이 바람직하다.
토크 어시스트 시스템을 구성하는 유성 기어 세트는 토크 어시스트 샤프트의 내부 샤프트의 연장 부분에 스플라인 결합된 썬기어, 썬기어 주변에 배치된 유성 기어, 유성 기어 외곽부에 배치된 링기어 및 캐리어를 포함하며, 입력 기어는 유성 기어 세트의 캐리어에 스플라인 결합되며, 클러치는 링기어 외주부에 장착되어 있다.
본 발명에 따른 크 어시스트 시스템은 클러치에 인접하게 설치되며, 피스톤, 베어링 및 압력판을 포함하여 클러치에 유압을 제공하는 것을 유압 시스템을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동화 수동 변속 장치는 제 1 종단부가 엔진의 구동축과 연결된 입력 샤프트; 입력 샤프트 주변에 장착되어 클러치 시스템에 의하여 구동력을 조정하는 변속 기어부; 입력 샤프트의 제 2 종단부에 연결된 토크 어시스트 시스템; 및 입력 샤프트에 평행하게 배치되며, 주행시에는 입력 샤프트로부터 변속 조정된 동력을 전달받으며, 변속시에는 토크 어시스트 시스템으로부터 동력을 전달받는 출력 샤프트를 포함한다.
여기서, 입력 샤프트는, 중공(中空) 원통 형상을 갖는 외부 샤프트 및 외부 샤프트의 내부에 위치하는 원통형의 내부 샤프트를 포함하되, 외부 샤프트와 내부 샤프트의 제 1 종단부는 엔진의 구동 축에 연결되어 있으며, 클러치 시스템에 의하여 입력 샤프트로부터의 동력 전달이 제어되며, 내부 샤프트로의 동력 전단을 계속적으로 유지되어 변속 과정 중에 내부 샤프트로 전달된 구동력이 토크 어시스트 시스템으로 전달된다.
한편, 토크 어시스트 시스템은, 제 1 종단부가 입력 샤프트에 연결되며, 입력 샤프트의 외부 샤프트와 연결된 외부 샤프트 및 입력 샤프트의 내부 샤프트와 연결되고 일부가 외부 샤프트 외부로 연장된 상태에서 외부 샤프트와 독립적으로 회전하는 내부 샤프트로 이루어진 토크 어시스트 샤프트; 토크 어시스트 샤프트의 제 2 종단부에 노출된 내부 샤프트에 장착된 유성 기어 세트; 유성 기어 세트와 인접하게 배치되며, 외부에서 제공된 외력에 의하여 작동하는 클러치; 토크 어시스트 샤프트의 노출된 내부 샤프트에 장착되며, 클러치에 의하여 유성 기어 세트와 연결되어 변속 장치의 출력 샤프트에 장착된 출력 기어로 동력을 전달하는 입력 기어를 포함하며, 이러한 구조에서는 변속 과정 중에 외부 샤프트가 회전하지 않은 상태에서도 내부 샤프트가 회전하여 유성 기어 세트 및 입력 기어를 통하여 출력 샤프트로 구동력을 전달된다.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른, 토크 어시스트 시스템을 구비한 자동화 수동 변속 장치는 변속을 위하여 입력 샤프트의 외부 샤프트와 토크 어시스트 샤프트의 외부 샤프트가 회전하지 않은 상태에서도 입력 샤프트의 내부 샤프트, 토크 어시스트 샤프트의 내부 샤프트, 유성 기어 세트, 입력 기어 그리고 출력 기어를 통하여 엔진의 구동력이 출력 샤프트로 계속 전달되어 차륜을 구동한다.
이와 같이, 변속 중에서도 엔진의 구동력이 출력 샤프트에 전달됨으로써 변속 과정에서 토크 단절은 일어나지 않으며, 토크 단절로 인한 변속 지연 현상 그리고 ㅊ차차량의 울컥 거림 역시 발생하지 않아 부드러운 변속감을 느낄 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른, 토크 어시스트 시스템을 구비한 자동화 수동 변속 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 구성을 간략화한 구성도.
도 3은 도 1의 "A"부의 상세도로서, 토크 어시스트 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 유성 기어 세트의 구성을 간략화한 구성도.
도 5는 입력 샤프트와 토크 어시스트 시스템의 토크 어시스트 샤프트의 관계를 도시한 도면.
도 6은 도 3의 대응 도면으로서, 도 6a는 토크 어시스트 시스템의 위치, 도 6b는 유성 기어 세트, 도 6c는 유성 기어 세트에 장착된 클러치 장치 그리고 도 6d는 유압 시스템을 각각 도시함.
도 7은 차량의 1단 주행시의 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기의 상태를 도시한 도면.
도 8은 1단에서 2단으로의 변속 과정에 있는 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기의 상태를 도시한 도면.
도 9는 차량의 2단 주행시의 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기의 상태를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 토크 어시스트 시스템(torque assist system) 및 이를 구비한 자동화 수동 변속기의 구성 및 기능을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
한편, 이하의 설명에서는 본 기술 분야에서 공지된 기술로 알려진 구성 요소, 예를 들어, 변속 기어부, 클러치 장치, 유성 기어 세트, 니들 롤러 베어링 그리고 차동 기어부 등과 같은 공지의 기계적인 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른, 토크 어시스트 시스템을 구비한 자동화 수동 변속 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면 그리고 도 2는 도 1에 도시된 구성을 간략화한 구성도이다.
본 발명에 따른 자동화 수동 변속 장치는 엔진(E)의 구동축과 연결된 입력 샤프트(1), 입력 샤프트(1) 주변에 장착된 변속 기어부(10), 변속 기어부(10)와 엔진(E) 사이에 배치된 클러치 시스템(20) 및 입력 샤프트(1)에 평행하게 배치되어 변속 조정된 동력을 전달받는 출력 샤프트(2)를 포함한다.
여기서, 출력 샤프트(2)는 차축(3)에 연결되며, 변속 조정된 동력은 차축(3)에 장착된 차동 기어부(30)를 통하여 차륜(도시되지 않음)에 전달된다. 한편, 도면에서는 변속 기어부(10)가 제 1 단 내지 제 6 단 그리고 후진 레인지로 구성되어 있음을 도시하고 있으나, 변속 기어부(10)는 이에 제한되지 않는다.
한편, 변속 기어부(10)와 클러치 시스템(20)의 구조 및 기능은 자동 변속 장치에 적용된 변속 기어부와 클러치 장치의 구조 및 기능과 실질적으로 동일하며, 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 토크 어시스트 시스템(100)은 입력 샤프트(1)의 제 2 종단부(엔진의 구동축과 연결된 제 1 종단부의 반대 종단부)에 장착된다.
도 3은 도 1의 "A"부의 상세도로서, 위에서 설명한 토크 어시스트 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.
토크 어시스트 시스템(100)은 입력 샤프트(1)에 연결된 토크 어시스트 샤프트(120), 토크 어시스트 샤프트(120)에 장착된 유성 기어 세트(110), 유압 시스템(130), 유성 기어 세트(110)에 결합된 클러치(140) 그리고 토크 어시스트 샤프트(120)에 장착된 입력 기어(150)를 포함한다.
도 4는 도 3에 도시된 유성 기어 세트(100)의 구성을 간략화한 구성도이다.
엔진(도 1의 E)의 구동축에 연결된 입력 샤프트(1)에는 토크 어시스트 시스템(100)의 토크 어시스트 샤프트(120)가 연결되어 있으며, 유성 기어 세트(110)는 이 토크 어시스트 샤프트(120; 실질적으로는 후술할 내부 샤프트(122))에 장착되어 있다.
유성 기어 세트(110)는 토크 어시스트 샤프트(120)에 스플라인 결합된 썬기어(111), 썬기어(111) 주변에 배치된 유성 기어(112) 및 유성 기어(112) 외곽부에 배치된 링기어(113)를 포함한다.
한편, 도 4에는 유성 기어 세트(110)에 결합된 클러치(140) 및 토크 어시스트 샤프트(120)에 장착된 입력 기어(150) 그리고 출력 샤프트(2)에 장착된 출력 기어(160)를 함께 도시하고 있다.
여기서, 클러치(140)는 유성 기어 세트(110)의 링기어(113)의 외주면에 스플라인 결합될 수 있으며, 입력 기어(150)는 유성 기어 세트(110)의 캐리어와 스플라인 결합되어 있다. 또한, 출력 기어(160)는 출력 샤프트(2)에 스플라인 결합되어 있다. 특히, 입력 기어(150)와 토크 어시스트 샤프트(120) 사이에는 베어링이 장착되어 있으며, 따라서 입력 기어(150)는 토크 어시스트 샤프트(120)의 회전에 구속되지 않는다.
도 5는 토크 어시스트 시스템(100)을 구성하는 토크 어시스트 샤프트(120)의 구성과 함께 입력 샤프트(1)와의 관계를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 입력 샤프트(1)는 중공(中空) 원통 형상을 갖는 외부 샤프트(1-1)와 외부 샤프트(1-1)의 내부에 위치한 원통형의 내부 샤프트(1-2)를 포함한다. 외부 샤프트(1-1)와 내부 샤프트(1-2)의 제 1 종단부 모두가 엔진(E)의 구동축에 연결되어 있으며, 외부 샤프트(1-1)의 내주면과 내부 샤프트(1-2)의 외주면 사이에는 다수의 니들 롤러 베어링(R)이 장착되어 있다.
따라서, 내부 샤프트(1-2)는 외부 샤프트(1-1)의 회전에 구속되지 않는다. 즉, 클러치 시스템(20)에 의하여 (변속 기어부(10)와 대응하는) 외부 샤프트(1a)에 동력이 전달되지 않을 경우에도 내부 샤프트(1-2)는 계속적으로 회전할 수 있다.
토크 어시스트 샤프트(120)는 중공(中空) 원통 형상을 갖는 외부 샤프트(121)와 외부 샤프트(1201)의 내부에 위치한 중공 원통 형상의 내부 샤프트(122)를 포함한다. 외부 샤프트(121)의 내주면과 내부 샤프트(122)의 외주면 사이에는 다수의 니들 롤러 베어링(R)이 장착되어 있다.
이와 같은 구조의 토크 어시스트 샤프트(120)와 입력 샤프트(1)는 열간 압입 공정을 통하여 서로 결합된다.
즉, 토크 어시스트 샤프트(120)의 외부 샤프트(121)의 제 1 종단부(입력 샤프트(1)와 대응하는 부분)는 내부 샤프트(122) 외부로 연장되어 있으며, 이 연장 부분은 입력 샤프트(1)의 제 2 종단부(토크 어시스트 샤프트(120)와 대응하는 부분)에서 내부 샤프트(1-2)와 외부 샤프트(1-1) 사이에 끼워진다. 이 상태에서 토크 어시스트 샤프트(120)의 외부 샤프트(121)와 입력 샤프트(1)의 외부 샤프트(1-1)의 접촉 부분에 대하여 열간 압입 공정을 진행함으로써 토크 어시스트 샤프트(120)의 외부 샤프트(121)는 입력 샤프트(1)의 외부 샤프트(1-1)에 고정적으로 결합된다.
이와 함께, 입력 샤프트(1)의 내부 샤프트(1-2)의 제 2 종단부는 외부 샤프트(1-1) 외부로 연장되어 있으며, 이 연장 부분의 외주면은 토크 어시스트 샤프트(120) 선단에서 내부 샤프트(122)의 내주면과 접촉하게 되며, 이 상태에서 열간 압입 공정을 진행함으로써 토크 어시스트 샤프트(120)의 내부 샤프트(121)는 입력 샤프트(1)의 내부 샤프트(1-1)에 고정적으로 결합된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 토크 어시스트 샤프트(120)는 (제 1 종단부의 반대 단부인) 제 2 종단부에서 내부 샤프트(122)가 외부 샤프트(121) 밖으로 연장되어 있으며, 이 연장된 부분에 입력 기어(150)가 스플라인 결합되어 있다(연장된 부분의 종단부에는 유성 기어 세트(110)가 장착되나 도 5에는 도시되지 않음).
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 변속 기어부(10)의 대부분의 변속 기어는 입력 샤프트(1)의 외부 샤프트(1-1)에 장착되어 있으나, 일부 변속 기어(예를 들어, 3단 기어)는 토크 어시스트 샤프트(120)의 외부 샤프트(121) 상에 장착될 수 있다.
도 6은 도 3의 대응 도면으로서, 위에서 설명한 토크 어시스트 샤프트(120)의 내부 샤프트(122)가 상에 설치된 토크 어시스트 시스템(100)을 구성하는 각 구성 요소를 도시한 도면이다. 여기서, 도 6a는 토크 어시스트 시스템(110)의 전체적인 구성을 도 6b는 유성 기어 세트, 도 6c는 유성 기어 세트에 장착된 클러치 장치 그리고 도 6d는 유압 시스템을 각각 도시한다.
위에서 설명한 바와 같이, 유성 기어 세트(110)는 토크 어시스트 샤프트(120)의 내부 샤프트(122)에 스플라인 결합된 썬기어(111), 썬기어(111) 주변에 배치된 유성 기어(112) 및 유성 기어(112) 외곽부에 배치된 링기어(113)를 포함한다.
입력 기어(150)는 유성 기어 세트(110)의 캐리어(도시되지 않음)에 스플라인 결합되어 있으며, 클러치(140)는 링기어(112)의 외주부에 장착되어 있다. 한편, 유압 시스템(130)는 클러치(140)에 인접하게 설치되며, 피스톤(131), 베어링(132) 및 압력판(133)을 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기의 변속 과정을 설명한다.
도 7은 차량의 1단 주행시의 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기의 상태를 도시한 도면, 도 8은 1단에서 2단으로의 변속 과정에 있는 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기의 상태를 도시한 도면 그리고 도 9는 차량의 2단 주행시의 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기의 상태를 도시한 도면이다.
여기서, 도 7 내지 도 9에서는 입력 샤프트는 향상 회전하는 상태이며, 여기서, 동력이 전달(즉, 회전)되는 구성 요소는 굵은 선으로, 동력이 전달되지 않는 구성 요소는 가는 선으로 편의상 구분하여 도시하였다.
1단 주행시
차량의 엔진(E)이 작동함에 따라 입력 샤프트(1)의 외부 샤프트(1-2)와 내부 샤프트(1-2)는 독립적으로 회전하게 되며, 입력 샤프트(1)에 연결된 토크 어시스트 샤프트(120)의 외부 샤프트(121)와 내부 샤프트(122) 역시 회전한다.
차량의 1단 주행 중에는, 즉 클러치 시스템(20)이 ON 상태에서는 엔진(E)의 동력은 입력 샤프트(1), 듀얼 매스 플라이휠(dual mass flywheel: 도시되지 않음), 1단 기어, 출력 샤프트(2) 그리고 차동 기어부(30)를 통하여 차륜에 전달된다 (이는 일반적인 수동 변속기와 동일한 동력 전달 상태이다).
이러한 차량의 1단 주행 중에는, 토크 어시스트 시스템(100)은 작동하지 않는다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 엔진(E)의 동력은 입력 샤프트(1)를 통하여 토크 어시스트 시스템(100)의 토크 어시스트 샤프트(120)에 전달되어 외부 샤프트(121)와 내부 샤프트(122)는 회전하며, 동시에 유성 기어 세트(100)의 썬기어(111), 유성 기어(112) 그리고 링기어(113)는 각각 회전한다.
한편, 유압 시스템(130)가 작동하지 않은 상태에서는 클러치(140)는 작동하지 않으며, 따라서 클러치(140)는 유성 기어 세트(110)의 링기어(113)와 분리된 상태이다. 결과적으로, 유성 기어 셀트(110)의 링기어(113)는 공회전하게 되며, 또한 입력 기어(150)로 동력은 전달되지 않는다.
여기서, 위에서 설명한 바와 같이, 입력 기어(150)와 토크 어시스트 샤프트(120)의 외부 샤프트(121) 사이에는 니들 롤러 베어링(R)이 배치되어 있으며, 따라서 토크 어시스트 시스템(100)을 통하여 출력 샤프트(2)로의 동력 전달을 일어나지 않는다.
1단에서 2단으로의 변속시
차량의 주행 조건에 따라, 전자 제어 장치(electronic control unit)는 변속 상태를 1단에서 2단으로 변속한다. 이를 위하여 전자 제어 장치는 클러치 시스템(20)을 OFF시켜 엔진(E)에서 입력 샤프트(1), 즉 외부 샤프트(1-1)의 동력 전달을 차단한다.
한편, 엔진(E)에서 입력 샤프트(1)의 내부 샤프트(1-2)로의 동력 전달은 계속적으로 이루어지며, 따라서 토크 어시스트 시스템(100)의 토크 어시스트 샤프트(120)의 외부 샤프트(121)는 회전하지 않으나, 내부 샤프트(122)는 계속적으로 회전한다. 물론, 내부 샤프트(122) 상에 장착된 유성 기어 세트(110)의 각 기어 역시 회전한다.
이와 동시에 전자 제어 장치는 변속 시스템(도시되지 않음)의 셀렉트 액츄에이터와 시프트 액츄에이터가 작동시킴으로서 변속 기어부(10)의 2단 기어를 선택하여 입력 샤프트(1; 실질적으로는 외부 샤프트(1-1))에 연결한다.
이와 함께, 전자 제어 장치는 토크 어시스트 시스템(100)을 작동한다. 즉 유압 시스템(130)를 작동하여 클러치(140)를 통하여 유성 기어 세트(110)의 링기어(113)와 입력 기어(150)를 연결한다.
결과적으로, 토크 어시스트 샤프트(120)의 내부 샤프트(122)의 회전력은 입력 기어(150) 및 (출력 샤프트(2) 상에 장착된) 출력 기어(160)를 통하여 출력 샤트(2)에 전달된다.
즉, 변속을 위하여 입력 샤프트(1)의 외부 샤프트(1-1)와 토크 어시스트 샤프트(120)의 외부 샤프트(121)가 회전하지 않은 상태에서도 입력 샤프트(1)의 내부 샤프트(1-2), 토크 어시스트 샤프트(120)의 내부 샤프트(122), 유성 기어 세트(110), 입력 기어(150) 그리고 출력 기어(160)를 통하여 엔진(E)의 구동력은 출력 샤프트(2)로 계속 전달되어 차륜을 구동한다.
이와 같이 변속 중에서도 엔진(E)의 구동력이 출력 샤프트(2)에 전달됨으로써 변속 과정에서 토크 단절은 일어나지 않으며, 토크 단절로 인한 변속 지연 현상 그리고 ㅊ차차량의 울컥 거림 역시 발생하지 않는다.
2단 주행시
2단 변속 과정 후의 2단 주행 중, 즉 클러치 시스템(20)이 ON 상태에서는 엔진(E)의 동력은 입력 샤프트(1), 듀얼 매스 플라이휠(dual mass flywheel), 2단 기어, 출력 샤프트(2) 그리고 차동 기어부(30)를 통하여 차륜에 전달된다.
이러한 차량의 1단 주행 중에는, 토크 어시스트 시스템(100)은 작동하지 않으며, 이 과정은 1단 주행시의 설명과 동일하다.
한편, 3단 내지 6단의 변속 과정에서의 토크 어시스트 시스템(110)의 작동을 위의 설명과 동일하며, 또한 후진 변속 과정은 주로 차량이 정지 상태에서 이루어지기 때문에 위의 과정이 적용되지 않는다.
본 명세서에 개시된 실시예는 여러 가지 실시 가능한 예들 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함 물론, 균등한 다른 실시예의 구현이 가능하다.

Claims (14)

  1. 차량용 변속 장치의 입력 샤프트에 장착되는 토크 어시스트 시스템에 있어서,
    제 1 종단부가 입력 샤프트에 연결되며, 외부 샤프트 및 일부가 외부 샤프트 외부로 연장된 상태에서 외부 샤프트와 독립적으로 회전하는 내부 샤프트를 포함하되, 외부 샤프트는 입력 샤프트의 외부 샤프트와 결합되어 변속 시에 엔진으로부터의 동력이 전달이 차단되며, 내부 샤프트는 입력 샤프트의 내부 샤프트와 결합되어 변속 시에도 엔진으로부터 동력을 전달받는 토크 어시스트 샤프트;
    토크 어시스트 샤프트의 제 2 종단부에 노출된 내부 샤프트에 장착된 유성 기어 세트;
    유성 기어 세트와 인접하게 배치되며, 외부에서 제공된 외력에 의하여 작동하는 클러치;
    토크 어시스트 샤프트의 노출된 내부 샤프트에 장착되며, 클러치에 의하여 유성 기어 세트와 연결되어 변속 장치의 출력 샤프트에 장착된 출력 기어로 동력을 전달하는 입력 기어를 포함하여,
    변속 과정 중에 외부 샤프트가 회전하지 않은 상태에서도 내부 샤프트가 회전하여 유성 기어 세트 및 입력 기어를 통하여 출력 샤프트로 구동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 토크 어시스트 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 토크 어시스트 샤프트의 외부 샤프트와 내부 샤프트 사이에는 니들 롤러 베어링이 장착되어 외부 샤프트가 회전과 관계없이 내부 샤프트가 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 토크 어시스트 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 토크 어시스트 샤프트의 연장된 내부 샤프트와 입력 기어는 스플라인 결합에 의하여 연결된 것을 특징으로 하는 토크 어시스트 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    유성 기어 세트는 토크 어시스트 샤프트의 내부 샤프트의 연장 부분에 스플라인 결합된 썬기어, 썬기어 주변에 배치된 유성 기어, 유성 기어 외곽부에 배치된 링기어 및 캐리어를 포함하며,
    입력 기어는 유성 기어 세트의 캐리어에 스플라인 결합되며,
    클러치는 링기어 외주부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 토크 어시스트 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 클러치에 인접하게 설치되며, 피스톤, 베어링 및 압력판을 포함하여 클러치에 유압을 제공하는 것을 유압 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 어시스트 시스템.
  7. 자동화 수동 변속 장치에 있어서,
    제 1 종단부가 엔진의 구동축과 연결되며, 외부 샤프트 및 외부 샤프트의 내부에 위치하는 내부 샤프트를 포함하는 입력 샤프트;
    입력 샤프트 주변에 장착되어 클러치 시스템에 의하여 구동력을 조정하는 변속 기어부;
    입력 샤프트의 제 2 종단부에 연결된 토크 어시스트 시스템; 및
    입력 샤프트에 평행하게 배치되며, 주행시에는 입력 샤프트로부터 변속 조정된 동력을 전달받으며, 변속시에는 토크 어시스트 시스템으로부터 동력을 전달받는 출력 샤프트를 포함하되,
    토크 어시스트 시스템은,
    제 1 종단부가 입력 샤프트에 연결되며, 입력 샤프트의 외부 샤프트와 연결된 외부 샤프트 및 입력 샤프트의 내부 샤프트와 연결되고 일부가 외부 샤프트 외부로 연장된 상태에서 외부 샤프트와 독립적으로 회전하는 내부 샤프트로 이루어진 토크 어시스트 샤프트;
    토크 어시스트 샤프트의 제 2 종단부에 노출된 내부 샤프트에 장착된 유성 기어 세트;
    유성 기어 세트와 인접하게 배치되며, 외부에서 제공된 외력에 의하여 작동하는 클러치;
    토크 어시스트 샤프트의 노출된 내부 샤프트에 장착되며, 클러치에 의하여 유성 기어 세트와 연결되어 변속 장치의 출력 샤프트에 장착된 출력 기어로 동력을 전달하는 입력 기어를 포함하여,
    변속 과정 중에 외부 샤프트가 회전하지 않은 상태에서도 내부 샤프트가 회전하여 유성 기어 세트 및 입력 기어를 통하여 출력 샤프트로 구동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속 장치.
  8. 제7항에 있어서, 입력 샤프트의 외부 샤프트와 내부 샤프트의 제 1 종단부는 엔진의 구동 축에 연결되어 있으며, 클러치 시스템에 의하여 입력 샤프트로부터의 동력 전달이 제어되며, 내부 샤프트로의 동력 전단을 계속적으로 유지되어 변속 과정 중에 내부 샤프트로 전달된 구동력이 토크 어시스트 시스템으로 전달되는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속 장치.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서, 토크 어시스트 샤프트의 외부 샤프트는 중공(中空) 원통 형상을 가지며 입력 샤프트의 외부 샤프트와 결합되어 변속 시에 엔진으로부터의 동력이 전달이 차단되며,
    내부 샤프트는 중공 원통 형상을 가지며, 입력 샤프트의 내부 샤프트와 결합되어 변속 시에도 엔진으로부터 동력을 전달받는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속 장치.
  11. 제7항에 있어서, 토크 어시스트 샤프트의 외부 샤프트와 내부 샤프트 사이에는 니들 롤러 베어링이 장착되어 외부 샤프트가 회전과 관계없이 내부 샤프트가 회전할 수 있으며, 입력 샤프트의 외부 샤프트와 내부 샤프트 사이에는 니들 롤러 베어링이 장착되어 외부 샤프트가 회전과 관계없이 내부 샤프트가 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속 장치.
  12. 제7항에 있어서, 토크 어시스트 샤프트의 연장된 내부 샤프트와 입력 기어는 스플라인 결합에 의하여 연결된 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    유성 기어 세트는 토크 어시스트 샤프트의 내부 샤프트의 연장 부분에 스플라인 결합된 썬기어, 썬기어 주변에 배치된 유성 기어, 유성 기어 외곽부에 배치된 링기어 및 캐리어를 포함하며,
    입력 기어는 유성 기어 세트의 캐리어에 스플라인 결합되며,
    클러치는 링기어 외주부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속 장치.
  14. 제7항에 있어서, 토크 어시스트 시스템은 클러치에 인접하게 설치되며 피스톤, 베어링 및 압력판을 포함하여 클러치에 유압을 제공하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속 장치.
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