KR20160035331A

KR20160035331A - 차량의 변속장치

Info

Publication number: KR20160035331A
Application number: KR1020140126794A
Authority: KR
Inventors: 최금림
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2016-03-31
Also published as: KR101637281B1

Abstract

차량용 변속장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 엔진의 출력 측에 제1 클러치를 통하여 선택적으로 연결되며, 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제1 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축과 회전 간섭 없이 배치되어 상기 엔진의 출력 측에 제2 클러치를 통하여 선택적으로 연결되며, 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제2 입력축; 상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 구성되어 상기 입력기어들 중, 하나의 입력기어와 외접 치합되는 복수의 변속기어를 통하여 입력되는 회전동력을 동기유닛에 의해 변속하여 제1 출력기어를 통하여 출력하는 제1 변속출력기구; 및 상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 구성되어 상기 입력기어들 중, 하나의 입력기어와 외접 치합되는 복수의 변속기어를 통하여 입력되는 회전동력을 동기유닛에 의해 변속하여 제2 출력기어를 통하여 출력하는 제2 변속출력기구; 상기 제1 입력축의 후측에 동일축선 상으로 배치되는 제3 입력축 상의 전기 동력원의 회전동력을 상기 제1, 제2 변속출력기구의 제1, 제2 출력축 중, 어느 하나의 출력축 또는 상기 제1 입력축에 선택적으로 전달하는 전기동력수단을 포함한다.

Description

차량의 변속장치{POWER TRANSMISSION APPARATUS FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 차량용 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 더블 클러치 변속기(DCT) 구조에 모터/제너레이터를 추가하여 부드러운 발진 및 빠른 변속을 구현할 수 있도록 하여 하이브리드 전기자동차에 적용할 수 있도록 한 차량용 변속장치에 관한 것이다.

차량에 있어서의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심 기술로서, 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.

상기 미래형 자동차 기술은 전기 에너지를 이용하는 전기 자동차(EV : Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(HEV : Hybrid Electric Vehicle), 효율과 편의성을 향상시킨 더블 클러치 변속기(DCT : Double Clutch Transmission)를 예로 들 수 있다.

또한, 자동차 메이커에서는 각 국의 배기가스 규제를 만족시키고, 연비성능의 향상을 위하여 동력전달계통의 효율 향상을 위한 수단으로 ISG(Idle Stop And Go)장치와, 회생제동(Regenerative Braking)장치 등의 기술을 실용화하기 위하여 노력하고 있다.

상기 ISG장치는 차량 정지 중에 엔진을 정지시키고, 출발할 때 엔진을 시동하는 기술이며, 상기 회생제동장치는 차량의 감속 제동시에 기존의 마찰에 의한 제동 대신에 차량의 운동에너지를 이용하는 발전기를 구동시키고, 이때 발생되는 전기에너지를 배터리에 저장하였다가 재사용 하는 기술이다.

그리고 본 발명의 변속장치와 관련하는 하이브리드 전기자동차는 2개 이상의 에너지원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있는데, 통상적으로 기존 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과, 전기 에너지에 의하여 구동되는 모터/제너레이터가 혼합(Hybrid)되어 구성된다.

또한, 상기와 같은 하이브리드 전기자동차에 적용될 수 있는 변속장치로서는 DCT(더블 클러치 변속기)를 하나의 예로 들 수 있으며, DCT는 수동 변속기 구조에 2개의 클러치를 적용하여 효율을 높이고, 편의성을 향상시킬 수 있다.

즉, 상기 DCT는 클러치 2개를 적용하여 홀수단과 짝수단을 번갈아 작동시키면서 변속이 이루어지는 변속기로서, 상기와 같이 홀수단 및 짝수단의 변속을 번갈아 작동시키는 매커니즘은 기존 MT(수동변속기) 및 AMT(자동화 수동 변속기)가 갖고 있는 변속 과정에서의 토크 단절감을 개선할 수 있다.

그러나 상기 DCT는 발진 시, 클러치 슬립에 의한 클러치 소손 및 에너지 손실이 크고, 등판 발진 시, 클러치 슬립에 의한 후방 밀림이 과도하게 발생하여 안전상의 문제가 있으며, 클러치 열용량의 문제로 변속시간을 짧게 제어해야 하므로 자동 변속기에 비하여 변속 충격이 크다는 문제점을 내포하고 있다.

본 발명의 실시 예는 더블 클러치 변속구조에 모터/제너레이터를 추가하여 부드러운 발진 및 빠른 변속을 구현하고, 회생 제동 및 발진 충전을 구현할 수 있도록 하여 하이브리드 전기자동차에 적용할 수 있도록 한 차량용 변속장치를 제공하고자 한다.

또한, EV(전기 자동차)용 기어단을 별도로 구성하여 엔진 기어단의 변속시에 모터/제너레이터 토크의 단절이 발생하지 않도록 하여 회생 제동 시, 제동감이 우수하고, 변속 시 토크 어시스트가 용이하여 변속감이 향상되도록 한 차량용 변속장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진의 출력 측에 제1 클러치를 통하여 선택적으로 연결되며, 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제1 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축과 회전 간섭 없이 배치되어 상기 엔진의 출력 측에 제2 클러치를 통하여 선택적으로 연결되며, 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제2 입력축; 상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 구성되어 상기 입력기어들 중, 하나의 입력기어와 외접 치합되는 복수의 변속기어를 통하여 입력되는 회전동력을 동기유닛에 의해 변속하여 제1 출력기어를 통하여 출력하는 제1 변속출력기구; 및 상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 구성되어 상기 입력기어들 중, 하나의 입력기어와 외접 치합되는 복수의 변속기어를 통하여 입력되는 회전동력을 동기유닛에 의해 변속하여 제2 출력기어를 통하여 출력하는 제2 변속출력기구; 상기 제1 입력축의 후측에 동일축선 상으로 배치되는 제3 입력축 상의 전기 동력원의 회전동력을 상기 제1, 제2 변속출력기구의 제1, 제2 출력축 중, 어느 하나의 출력축 또는 상기 제1 입력축에 선택적으로 전달하는 전기동력수단을 포함하는 차량용 변속장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제1 입력축은 홀수 변속단에 관계하는 입력기어가 배치되고, 상기 제2 입력축은 짝수 변속단에 관계하는 입력기어가 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 입력축 상의 입력기어는 제5속을 구현하기 위한 제1 입력기어, 제1속을 구현하기 위한 제2 입력기어, 제3속을 구현하기 위한 제3 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되고, 상기 제2 입력축 상의 입력기어는 제2속을 구현하기 위한 제4 입력기어, 제4속 또는 제6속을 구현하기 위한 제5 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 변속출력기구는 상기 제1, 제2 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축; 상기 제1 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 제2, 제3 입력기어 및 상기 제2 입력축 상의 제4, 제5 입력기어에 각각 외접 치합되는 제1속, 제3속 및 제2속, 제4속 변속기어; 상기 제1속 또는 제3속 및 제2속 또는 제4속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 제1 및 제2 싱크로나이저; 상기 제1 출력축의 일단에 고정되어 제1 출력축의 회전동력을 출력하는 제1 출력기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 변속출력기구는 상기 제1, 제2 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축; 상기 제2 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 제1 입력기어 및 상기 제2 입력축 상의 제5 입력기어에 각각 외접 치합되는 제5속 및 제6속 변속기어; 상기 제5속 및 제6속 변속기어를 각각 상기 제2 출력축에 동기 연결하는 제3 및 제4 싱크로나이저; 상기 제2 출력축의 일단에 고정되어 제2 출력축의 회전동력을 출력하는 제2 출력기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전기동력수단은 상기 제3 입력축의 반경방향 외측에 배치되는 전기 동력원; 상기 전기 동력원의 반대측 제3 입력축에 고정 배치되는 모터 구동기어; 상기 제2 출력축의 후측 외주면에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 모터 구동기어와 외접 치합되는 모터 피동기어; 상기 모터 피동기어에 이웃하여 상기 제2 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 하나의 입력기어와 외접 치합되는 아이들 기어; 상기 모터 피동기어와 상기 제2 출력축을 선택적으로 동기 연결하는 전기자동차용 클러치; 상기 아이들 기어와 상기 모터 피동기어를 선택적으로 동기 연결하는 아이들용 클러치를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 전기 동력원은 상기 제3 입력축에 연결되는 로터와, 상기 로터의 외주 측에 배치되어 변속기 하우징에 고정되는 스테이터로 구성되는 모터/제너레이터로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 전기자동차용 클러치와 아이들용 클러치는 싱크로나이저로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 전기자동차용 클러치와 아이들용 클러치를 형성하는 각 싱크로나이저는 하나의 액추에이터에 의해 상호 반대로 작동하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 전기동력수단은 상기 제3 입력축의 반경방향 외측에 배치되는 전기 동력원; 상기 전기 동력원의 반대측 제3 입력축에 고정 배치되는 모터 구동기어; 상기 제2 출력축과 동일축선 상의 후측에 배치되는 중간축; 상기 중간축에 고정 배치되어 상기 모터 구동기어와 외접 치합되는 모터 피동기어; 상기 모터 피동기어에 이웃하여 상기 중간축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 하나의 입력기어와 외접 치합되는 아이들 기어; 상기 제2 출력축과 아이들 기어 사이에 배치되어 상기 중간축을 아이들 기어 또는 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 전기자동차/아이들 선택용 클러치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전기자동차/아이들 선택용 클러치는 싱크로나이저로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예는 엔진의 회전동력으로 전진 고정 변속단을 구현함과 동시에, 엔진과 모터/제너레이터의 회전동력에 의하여 HEV 모드 전진 변속단을 구현하며, EV 모드 운전이 가능하도록 하여 연비를 개선할 수 있는 하이브리드 전기 자동차에 적용할 수 있다.

또한, 정차 중 배터리 잔량(SOC: State Of Charge) 부족 시에는 충전이 가능할 수 있다.

또한, EV(전기 자동차)용 기어단을 별도로 구성하여 엔진 기어단의 변속시에 모터/제너레이터 토크의 단절이 발생하지 않도록 하며, 회생 제동 시에는 제동감이 우수하고, 변속 시 토크 어시스트가 용이하여 변속감이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 구동 모드별 변속 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

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

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 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 제1 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치는 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2), 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2), 제1, 제2 변속출력기구(OUT1)(OUT2), 전기구동수단(EVS)를 포함한다.

상기 제1 입력축(IS1)은 실축으로 이루어져 상기 제1 클러치(CL1)를 통해 엔진의 출력 측과 선택적으로 연결되며, 상기 제2 입력축(IS2)는 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축(IS1)의 외주 측에 상호 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 제2 클러치(CL2)를 통해 엔진의 출력 측과 선택적으로 연결된다.

상기 제1 입력축(IS1)에는 기어 잇수를 달리하는 제1, 제2, 제3 입력기어(G1)(G2)(G3)가 상호 소정의 간격을 두고 배치되는데, 이들 기어는 상기 제2 입력축(IS2)을 관통한 후측 부분에 위치하며, 전측으로부터 차례로 제1, 제2, 제3 입력기어(G1)(G2)(G3)가 순차적으로 배치된다.

상기 제2 입력축(IS2)에는 기어 잇수를 달리하는 제4, 제5 입력기어(G4)(G5)가 상호 소정의 간격을 두고 배치되는데, 이들 기어는 전측으로부터 제4, 제5 입력기어(G4)(G5)가 순차적으로 배치된다.

이에 따라 제1 클러치(CL1)가 작동하면 제1 입력축(IS1)이 회전하면서 제1, 제2, 제3 입력기어(G1)(G2)(G3)를 구동시키고, 제2 클러치(CL2)가 작동하면 제2 입력축(IS2)이 회전하면서 제4, 제5 입력기어(G4)(G5)를 구동시키게 된다.

상기에서 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 입력기어(G1)(G2)(G3)(G4)(G5)는 제1, 제2 변속출력기구(OUT1)(OUT2)에 배치되는 각 변속단별 변속기어의 기어 잇수를 고려하여 기어 잇수가 결정된다.

즉, 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 입력기어(G1)(G2)(G3)(G4)(G5)는 각 변속단별 입력기어로서, 제1 입력기어(G1)는 제5속을 구현하기 위한 입력기어, 제2 입력기어(G2)는 제1속을 구현하기 위한 입력기어, 제3 입력기어(G3)는 제3속을 구현하기 위한 입력기어, 제4 입력기어(G4)는 제2속을 구현하기 위한 입력기어, 제5 입력기어(G5)는 제4속 또는 제6속을 구현하기 위한 입력기어로 작용할 수 있도록 기어 잇수가 설정된다.

이와 같이, 상기 제1 입력축(IS1)에는 홀수 변속단을 구현하기 위한 입력기어들이 구성되고, 상기 제2 입력축(IS2)에는 짝수 변속단을 구현하기 위한 입력기어들이 구성되는데, 이에 한정되는 것은 아니며, 이와는 반대로 상기 제1 입력축(IS1)에 짝수 변속단을 구현하기 위한 입력기어들이 구성되고, 상기 제2 입력축(IS2)에 홀수 변속단을 구현하기 위한 입력기어들이 구성될 수 있다.

그리고 상기 입력기어들의 숫자는 5개에 한정되는 것은 아니며, 구현하는 변속단수에 따라 달라질 수 있다.

상기 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)는 통상의 유체 다판 클러치로 이루어지며, 도시하지 않은 유압제어시스템에 의하여 작동 및 비작동 제어된다.

상기 제1 변속출력기구(OUT1)는 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)과 일정간격을 두고 평행하게 제1 출력축(OS1)이 배치되고, 상기 제1 출력축(OS1) 상에는 회전 간섭 없이 제1속 및 제3속 변속기어(D1)(D3)와, 제2속 및 제4속 변속기어(D2)(D4)가 배치된다.

상기 제1속 변속기어(D1)는 제2 입력기어(G2)와 외접 치합되고, 제3속 변속기어(D3)는 제3 입력기어(G3)와 외접 치합된다.

또한, 상기 제2속 변속기어(D2)는 제4 입력기어(G4)와 외접 치합되고, 제4속 변속기어(D4)는 제5 입력기어(G5)와 외접 치합된다.

상기 제1속 및 제3속 변속기어(D1)(D3) 사이의 제1 출력축(OS1) 상에는 동기유닛인 제1 싱크로나이저(SL1)가 구성되고, 상기 제2속 및 제4속 변속기어(D2)(D4) 사이의 제1출력축(OS1) 상에는 제2 싱크로나이저(SL2)가 구성된다.

상기에서 제1 싱크로나이저(SL1)는 제1속 및 제3속 변속기어(D1)(D3)와 함께 제1 출력축(OS1)의 후측에 배치되고, 제2 싱크로나이저(SL2)는 제2속 및 제4속 변속기어(D2)(D4)와 함께 제1 출력축(OS1)의 전측에 배치된다.

이에 따라, 상기 제1 싱크로나이저(SL1)는 상기 제1속 변속기어(D1) 또는 제3 변속기어(D3)를 선택적으로 제1 출력축(OS1)에 동기 연결하고, 상기 제2 싱크로나이저(SL2)는 상기 제2속 변속기어(D2) 또는 제4 변속기어(D4)를 선택적으로 제1 출력축(OS1)에 동기 연결한다.

그리고 상기 제1 변속출력기구(OUT1)를 통해 변속된 회전동력은 제1 출력축(OS1)의 전단부에 구성된 제1 출력기어(OG1)와 외접 치합된 종감속기어(FG)를 통해 디프렌셜 기구(DIFF)로 전달된다.

상기 제2 변속출력기구(OUT2)는 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)과 일정간격을 두고 평행하게 제2 출력축(OS2)이 배치되고, 상기 제2 출력축(OS2) 상에는 회전 간섭 없이 제5속 및 제6속 변속기어(D5)(D6)가 배치된다.

상기 제5속 변속기어(D5)는 제1 입력기어(G1)와 외접 치합되고, 제6속 변속기어(D6)는 제5 입력기어(G5)와 외접 치합된다.

그리고 상기 제5속 변속기어(D5)에 이웃하여 제2 출력축(OS2) 상에는 동기유닛인 제3 싱크로나이저(SL3)가 구성되고, 상기 제6속 변속기어(D6)에 이웃하여 제2출력축(OS2) 상에는 제4 싱크로나이저(SL4)가 구성된다.

상기에서 제3 싱크로나이저(SL3)는 제5속 변속기어(D5)와 함께 제2 출력축(OS2)의 후측에 배치되고, 제4 싱크로나이저(SL4)는 제6속 변속기어(D6)와 함께 제2 출력축(OS2)의 전측에 배치된다.

이에 따라, 상기 제3 싱크로나이저(SL3)는 상기 제5속 변속기어(D5)를 제2 출력축(OS2)에 동기 연결하고, 상기 제4 싱크로나이저(SL4)는 상기 제6속 변속기어(D6)를 제2 출력축(OS1)에 동기 연결한다.

그리고 상기 제2 변속출력기구(OUT2)를 통해 변속된 회전동력은 제2 출력축(OS2)의 전단부에 구성된 제2 출력기어(OG2)와 외접 치합된 종감속기어(FG)를 통해 디프렌셜 기구(DIFF)로 전달된다.

상기에서 제1, 제2, 제3, 제4 싱크로나이저(SL1 ∼ SL4)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 싱크로나이저(SL1 ∼ SL4)에 적용되는 각각의 슬리이브(SLE1)(SLE2)(SLE3)(SLE4)는 공지에서와 같이 미도시된 별도의 액추에이터를 구비하며, 상기 액추에이터는 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 제어되면서 변속을 실시한다.

그리고 상기 전기동력수단(EVS)은 상기 제1 입력축(IS1)의 후측에 동일축선 상으로 배치되는 제3 입력축(IS3) 상에 전기 동력원인 모터/제너레이터(MG)를 구성하고, 상기 모터/제너레이터(MS)의 회전동력을 상기 제2 변속출력기구(OUT2)의 제2 출력축(OS2) 또는 상기 제1 입력축(IS1)에 선택적으로 전달한다.

이러한 전기동력수단(EVS)은 모터/제네레이터(MG)와, 모터 구동기어(MIG), 모터 피동기어(MOG), 아이들 기어(IDG), 전기자동차용 클러치(EVC), 및 아이들용 클러치(IDC)를 포함한다.

상기 모터/제네레이터(MG)는 상기 제1 입력축(IS1)의 후측에 동일축선 상으로 배치되는 제3 입력축(IS3)의 반경방향 외측에 배치된다.

상기 모터/제네레이터(MG)는 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 상기 제3 입력축(IS3)과 일체로 연결되는 로터(RT)와, 상기 로터(RT)의 반경방향 외측에서 변속기 하우징(H)에 고정되는 스테이터(ST)를 포함한다.

상기 모터 구동기어(MIG)는 상기 모터/제네레이터(MG)의 반대측 제3 입력축(IS3)에 고정 배치되고, 상기 모터 피동기어(MOG)는 상기 제2 출력축(OS2)의 후측 외주면에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 모터 구동기어(MIG)와 외접 치합된다.

상기 아이들 기어(IDG)는 상기 모터 피동기어(MOG)에 이웃하여 상기 제2 출력축(OS2) 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축(IS1) 상의 제3 입력기어(G3)와 외접 치합된다.

또한, 상기 전기자동차용 클러치(EVC)는 상기 모터/제네레이터(MG)의 회전동력을 제2 변속출력기구(OUT2)의 제2 출력축(OS2)에 선택적으로 전달하도록 상기 제2 출력축(OS2)과 모터 피동기어(MOG) 사이에 구성된다.

상기 아이들용 클러치(IDC)는 상기 모터/제네레이터(MG)의 회전동력을 제1 입력축(IS2)에 전달하도록 상기 모터 피동기어(MOG)와 아이들 기어(IDG) 사이에 구성된다.

상기에서 전기자동차용 클러치(ECV)와 아이들용 클러치(IDC)는 도그 클러치의 일종인 싱크로나이저로 구성될 수 있으며, 각 싱크로나이저와 각각에 적용되는 슬리이브(SLE5)(SLE6)는 공지에서와 같이 도시하지 않은 별도의 액추에이터에 의하여 작동되며, 상기 액추에이터는 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 제어된다.

상기에서 싱크로나이저를 클러치로 표현한 것은 싱크로나이저의 기능이 클러치와 마찬가지로 회전체와 회전체를 선택적으로 연결하는 것이므로 포괄적인 개념으로 사용한 것이다.

따라서 상기 전기자동차용 클러치(ECV)와 아이들용 클러치(IDC)는 싱크로나이저로 한정되는 것이 아니며, 자동 제어가 가능한 도그 클러치 등을 적용할 수 있다.

또한, 상기 전기자동차용 클러치(ECV)와 아이들용 클러치(IDC)를 구성하는 슬리이브(SLE5)(SLE6)는 하나의 액추에이터에 의해 상호 반대로 작동하여 동기물림이 가능하도록 배치된다.

이에 따라 어느 하나의 슬리이브(SLE5 또는 SLE6)가 동기물림을 위하여 시프트 되면, 다른 하나의 슬리이브(SLE6 또는 SLE5)는 중립의 상태로 시프트되어 동시물림이 해제된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치는 기존과 같이 엔진의 구동력에 의한 주행 시에는 전진 6속의 고정 변속단으로 변속이 가능하며, 이의 변속과정은 이미 공지된 내용이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 구동 모드별 변속 작동표이다.

도 2를 참조하여 구동 모드별 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

[EV 모드]

EV 모드는 전기자동차용 클러치(EVC)의 슬리이브(SEL5)를 제어하여 제2 출력축(IS2)과 모터 피동기어(MOG)를 동기 연결한 상태에서 모터/제네레이터(MG)를 구동시킨다.

그러면, 모터/제네레이터(MG)의 회전동력이 제3 입력축(IS3), 모터 구동기어(MIG), 모터 피동기어(MOG), 전기자동차용 클러치(ECV), 제2 출력축(OS2), 제2 출력기어(OG2)를 통해 종감속 기어(FD) 및 디프렌셜(DIFF)로 전달되면서 EV 주행이 이루어진다.

이때, 상기 모터/제네레이터(MG)가 정회전하면, 전진 주행이 이루어지고, 역회전하면, 후진 주행이 이루어지며, 상기 아이들용 클러치(IDC)는 체결되지 않는 상태를 유지한다.

그리고 차량의 주행 상태에 따라 제1, 제2, 제3, 제4 싱크로나이저(SL1)(SL2)(SL3)(SL4)가 선택적으로 체결될 수 있다.

[HEV 1속 모드]

HEV 1속(저속) 모드는 상기 EV 모드에서와 같이, 모터/제네레이터(MG)가 구동되며, 엔진(ENG)이 시동된 상태에서 차량의 주행 상태에 따라 제1, 제2, 제3, 제4 싱크로나이저(SL1)(SL2)(SL3)(SL4)가 선택적으로 체결된 후, 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)가 선택적으로 체결되어 구현된다.

[HEV 2속 모드]

HEV 1속(고속) 모드는 전기자동차용 클러치(EVC)의 작동이 해제되고, 아이들용 클러치(IDC)가 작동 제어된다.

그러면, 모터/제네레이터(MG)의 회전동력이 제3 입력축(IS3), 모터 구동기어(MIG), 모터 피동기어(MOG), 아이들용 클러치(IDC), 아이들 기어(IDG), 제3 입력기어(G3)를 통해 제1 입력축(IS)에 전달되며, 엔진(ENG)이 시동된 상태에서 차량의 주행 상태에 따라 제1, 제2, 제3, 제4 싱크로나이저(SL1)(SL2)(SL3)(SL4)가 선택적으로 체결된 후, 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)가 선택적으로 체결되어 구현된다.

[아이들 충전 모드]

아이들 충전 모드는 정차 중 아이들 상태에서 배터리 잔량(SOC: State Of Charge)의 부족 시에 제1 클러치(CL1)와 아이들용 클러치(IDC)가 작동 제어된다.

그러면 엔진(ENG)의 회전동력이 모터/제네레이터(MG)로 전달됨으로써, 배터리의 충전이 가능해진다.

이때, 빠른 출발을 위해서 짝수 변속단의 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SLE2)를 통해 제2속 변속기어(D2)와 제1 출력축(OS1)를 미리 연결할 수 있다.

[아이들 충전 중 발진 모드]

아이들 충전 중 발진 모드는 상기와 같은 정차 중 아이들 상태에서의 충전 중에 발진이 필요할 때, 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SLE2)를 통해 제2속 변속기어(D2)와 제1 출력축(OS1)를 연결한 상태로, 제2 클러치(CL2)를 슬립 작동시키면서 발진할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 엔진의 회전동력으로 다단의 전진 변속단을 구현함과 동시에, 엔진과 모터/제너레이터의 회전동력에 의하여 HEV 모드와, 모터/제네레이터(MG)의 회전동력에 의한 EV 모드 주행이 가능하여 하이브리드 전기 자동차에 적용할 수 있다.

또한, 정차 중 배터리 잔량(SOC: State Of Charge)의 부족시 충전이 가능하다.

또한, 상기 전기자동차용 클러치(ECV)와 아이들용 클러치(IDC)를 구성하는 슬리이브(SLE5)(SLE6)는 하나의 액추에이터에 의해 서로 반대방향으로 동작되면서 동기물림이 가능하도록 배치되어 전기자동차용 클러치(EVC)와 아이들용 클러치(IDC)가 동시에 체결되는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 3을 참조하면, 제2 실시 예에서는 상기 제1 실시 예와 비교하여 다른 구성은 동일하나, 상기 전기동력수단(EVS)의 구성에 차이점이 있다.

즉, 본 발명의 제2 실시 예에 적용되는 전기동력수단(EVS)는 상기 제1 입력축(IS1)의 후측에 동일축선 상으로 배치되는 제3 입력축(IS3) 상에 전기 동력원인 모터/제너레이터(MG)를 구성하고, 상기 모터/제너레이터(MS)의 회전동력을 상기 제2 변속출력기구(OUT2)의 제2 출력축(OS2) 또는 상기 제1 입력축(IS1)에 선택적으로 전달하는 구성은 동일하다.

이러한 전기동력수단(EVS)은 모터/제네레이터(MG)와, 모터 구동기어(MIG), 중간축(CS), 모터 피동기어(MOG), 아이들 기어(IDG), 전기자동차, 아이들 선택용 클러치(ECV/IDC)를 포함한다.

상기 모터 구동기어(MIG)는 상기 모터/제네레이터(MG)의 반대측 제3 입력축(IS3)에 고정 배치된다.

그리고 상기 중간축(CS)는 상기 제2 출력축(OS2)과 동일축선 상의 후측에 배치된다.

상기 모터 피동기어(MOG)는 상기 중간축(CS) 상에 고정 배치되어 상기 모터 구동기어(MIG)와 외접 치합된다.

상기 아이들 기어(IDG)는 상기 모터 피동기어(MOG)에 이웃하여 상기 중간축(CS) 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축(IS1) 상의 제3 입력기어(G3)와 외접 치합된다.

또한, 상기 전기자동차/아이들 선택용 클러치(EVC/IDC)는 상기 제2 출력축(OS2)과 아이들 기어(IDG) 사이에 배치되어 상기 중간축(CS)을 아이들 기어(IDG) 또는 제2 출력축(OS2)에 선택적으로 동기 연결한다.

상기에서 전기자동차/아이들 선택용 클러치(ECV/IDC)도 도그 클러치의 일종인 싱크로나이저로 구성될 수 있으며, 각 싱크로나이저와 각각에 적용되는 슬리이브(SLE5/SLE6)는 공지에서와 같이 도시하지 않은 별도의 액추에이터에 의하여 작동되며, 상기 액추에이터는 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 제어된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치는 제1 실시 예와 비교하여 상기 전기동력수단의 구성만 달리할 뿐, 변속 변속과정 및 작용효과는 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시 예들을 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예들로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

IS1, IS2, IS3... 제1, 제2, 제3 입력축
OS1, OS2... 제1, 제2 출력축
MG... 모터/제네레이터
CL1, CL2... 제1, 제2 클러치
D1,D2,D3,D4,D5,D6... 제1속, 제2속, 제3속, 제4속, 제5속, 제6속 변속기어
G1,G2,G3,G4,G5... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 입력기어
SL1,SL2,SL3,SL4... 제1, 제2, 제3, 제4 싱크로나이저
EVS... 전기동력수단
EVC... 전기자동차용 클러치
MIG... 모터 구동기어
MOG... 모터 피동기어
IDC... 아이들용 클러치
IDG... 아이들 기어

Claims

엔진의 출력 측에 제1 클러치를 통하여 선택적으로 연결되며, 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제1 입력축;
중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축과 회전 간섭 없이 배치되어 상기 엔진의 출력 측에 제2 클러치를 통하여 선택적으로 연결되며, 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제2 입력축;
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 구성되어 상기 입력기어들 중, 하나의 입력기어와 외접 치합되는 복수의 변속기어를 통하여 입력되는 회전동력을 동기유닛에 의해 변속하여 제1 출력기어를 통하여 출력하는 제1 변속출력기구; 및
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 구성되어 상기 입력기어들 중, 하나의 입력기어와 외접 치합되는 복수의 변속기어를 통하여 입력되는 회전동력을 동기유닛에 의해 변속하여 제2 출력기어를 통하여 출력하는 제2 변속출력기구;
상기 제1 입력축의 후측에 동일축선 상으로 배치되는 제3 입력축 상의 전기 동력원의 회전동력을 상기 제1, 제2 변속출력기구의 제1, 제2 출력축 중, 어느 하나의 출력축 또는 상기 제1 입력축에 선택적으로 전달하는 전기동력수단;
을 포함하는 차량용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 입력축은 홀수 변속단에 관계하는 입력기어가 배치되고,
상기 제2 입력축은 짝수 변속단에 관계하는 입력기어가 배치되는 차량용 변속장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 입력축 상의 입력기어는 제5속을 구현하기 위한 제1 입력기어, 제1속을 구현하기 위한 제2 입력기어, 제3속을 구현하기 위한 제3 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되고,
상기 제2 입력축 상의 입력기어는 제2속을 구현하기 위한 제4 입력기어, 제4속 또는 제6속을 구현하기 위한 제5 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되는 차량용 변속장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 변속출력기구는
상기 제1, 제2 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축;
상기 제1 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 제2, 제3 입력기어 및 상기 제2 입력축 상의 제4, 제5 입력기어에 각각 외접 치합되는 제1속, 제3속 및 제2속, 제4속 변속기어;
상기 제1속 또는 제3속 및 제2속 또는 제4속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 제1 및 제2 싱크로나이저;
상기 제1 출력축의 일단에 고정되어 제1 출력축의 회전동력을 출력하는 제1 출력기어;
를 포함하는 차량용 변속장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 변속출력기구는
상기 제1, 제2 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축;
상기 제2 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 제1 입력기어 및 상기 제2 입력축 상의 제5 입력기어에 각각 외접 치합되는 제5속 및 제6속 변속기어;
상기 제5속 및 제6속 변속기어를 각각 상기 제2 출력축에 동기 연결하는 제3 및 제4 싱크로나이저;
상기 제2 출력축의 일단에 고정되어 제2 출력축의 회전동력을 출력하는 제2 출력기어;
를 포함하는 차량용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 전기동력수단은
상기 제3 입력축의 반경방향 외측에 배치되는 전기 동력원;
상기 전기 동력원의 반대측 제3 입력축에 고정 배치되는 모터 구동기어;
상기 제2 출력축의 후측 외주면에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 모터 구동기어와 외접 치합되는 모터 피동기어;
상기 모터 피동기어에 이웃하여 상기 제2 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 하나의 입력기어와 외접 치합되는 아이들 기어;
상기 모터 피동기어와 상기 제2 출력축을 선택적으로 동기 연결하는 전기자동차용 클러치;
상기 아이들 기어와 상기 모터 피동기어를 선택적으로 동기 연결하는 아이들용 클러치;
를 포함하는 차량용 변속장치.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 전기 동력원은
상기 제3 입력축에 연결되는 로터와, 상기 로터의 외주 측에 배치되어 변속기 하우징에 고정되는 스테이터로 구성되는 모터/제너레이터로 이루어지는 차량용 변속장치.
제6항에 있어서,
상기 전기자동차용 클러치와 아이들용 클러치는 싱크로나이저로 이루어지는 차량용 변속장치.
제8항에 있어서,
상기 전기자동차용 클러치와 아이들용 클러치를 형성하는 각 싱크로나이저는 하나의 액추에이터에 의해 상호 반대로 작동하도록 구성되는 차량용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 전기동력수단은
상기 제3 입력축의 반경방향 외측에 배치되는 전기 동력원;
상기 전기 동력원의 반대측 제3 입력축에 고정 배치되는 모터 구동기어;
상기 제2 출력축과 동일축선 상의 후측에 배치되는 중간축;
상기 중간축에 고정 배치되어 상기 모터 구동기어와 외접 치합되는 모터 피동기어;
상기 모터 피동기어에 이웃하여 상기 중간축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 하나의 입력기어와 외접 치합되는 아이들 기어;
상기 제2 출력축과 아이들 기어 사이에 배치되어 상기 중간축을 아이들 기어 또는 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 전기자동차/아이들 선택용 클러치;
를 포함하는 차량용 변속장치.
제1항 또는 제10항에 있어서,
상기 전기 동력원은
상기 제3 입력축에 연결되는 로터와, 상기 로터의 외주 측에 배치되어 변속기 하우징에 고정되는 스테이터로 구성되는 모터/제너레이터로 이루어지는 차량용 변속장치.
제10항에 있어서,
상기 전기자동차/아이들 선택용 클러치는 싱크로나이저로 이루어지는 차량용 변속장치.
엔진의 출력 측에 제1 클러치를 통하여 선택적으로 연결되며, 외주면 상에 제1, 제2, 제3 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되는 제1 입력축;
중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축과 회전 간섭 없이 배치되어 상기 엔진의 출력 측에 제2 클러치를 통하여 선택적으로 연결되며, 외주면 상에 제4, 제5 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되는 제2 입력축;
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 구성되어 상기 입력기어들 중, 하나의 입력기어와 외접 치합되는 복수의 변속기어를 통하여 입력되는 회전동력을 동기유닛에 의해 변속하여 제1 출력기어를 통하여 출력하는 제1 변속출력기구; 및
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 구성되어 상기 입력기어들 중, 하나의 입력기어와 외접 치합되는 복수의 변속기어를 통하여 입력되는 회전동력을 동기유닛에 의해 변속하여 제2 출력기어를 통하여 출력하는 제2 변속출력기구;
상기 제3 입력축의 반경방향 외측에 배치되는 전기 동력원과, 상기 전기 동력원의 반대측 제3 입력축에 고정 배치되는 모터 구동기어와, 상기 제2 출력축의 후측 외주면에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 모터 구동기어와 외접 치합되는 모터 피동기어와, 상기 모터 피동기어에 이웃하여 상기 제2 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 제3 입력기어와 외접 치합되는 아이들 기어와, 상기 모터 피동기어와 상기 제2 출력축을 선택적으로 동기 연결하는 전기자동차용 클러치와, 상기 아이들 기어와 상기 모터 피동기어를 선택적으로 동기 연결하는 아이들용 클러치로 구성되는 전기동력수단;
을 포함하는 차량용 변속장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 입력축 상의 입력기어는 제5속을 구현하기 위한 제1 입력기어, 제1속을 구현하기 위한 제2 입력기어, 제3속을 구현하기 위한 제3 입력기어로 이루어지고,
상기 제2 입력축 상의 입력기어는 제2속을 구현하기 위한 제4 입력기어, 제4속 또는 제6속을 구현하기 위한 제5 입력기어로 이루어지는 차량용 변속장치.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제1 변속출력기구는
상기 제1, 제2 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축;
상기 제1 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 제2, 제3 입력기어 및 상기 제2 입력축 상의 제4, 제5 입력기어에 각각 외접 치합되는 제1속, 제3속 및 제2속, 제4속 변속기어;
상기 제1속 또는 제3속 및 제2속 또는 제4속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 제1 및 제2 싱크로나이저;
상기 제1 출력축의 일단에 고정되어 제1 출력축의 회전동력을 출력하는 제1 출력기어;
포함하는 차량용 변속장치.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제2 변속출력기구는
상기 제1, 제2 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축;
상기 제2 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 제1 입력기어 및 상기 제2 입력축 상의 제5 입력기어에 각각 외접 치합되는 제5속 및 제6속 변속기어;
상기 제5속 및 제6속 변속기어를 각각 상기 제2 출력축에 동기 연결하는 제3 및 제4 싱크로나이저;
상기 제2 출력축의 일단에 고정되어 제2 출력축의 회전동력을 출력하는 제2 출력기어;
포함하는 차량용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 전기 동력원은
상기 제3 입력축에 연결되는 로터와, 상기 로터의 외주 측에 배치되어 변속기 하우징에 고정되는 스테이터로 구성되는 모터/제너레이터로 이루어지는 차량용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 전기자동차용 클러치와 아이들용 클러치는 싱크로나이저로 이루어지는 차량용 변속장치.
제18항에 있어서,
상기 전기자동차용 클러치와 아이들용 클러치를 형성하는 각 싱크로나이저는 하나의 액추에이터에 의해 상호 반대로 작동하도록 구성되는 차량용 변속장치.
엔진의 출력 측에 제1 클러치를 통하여 선택적으로 연결되며, 외주면 상에 제1, 제2, 제3 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되는 제1 입력축;
중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축과 회전 간섭 없이 배치되어 상기 엔진의 출력 측에 제2 클러치를 통하여 선택적으로 연결되며, 외주면 상에 제4, 제5 입력기어가 전측에서 후측으로 순차 배치되는 제2 입력축;
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 구성되어 상기 입력기어들 중, 하나의 입력기어와 외접 치합되는 복수의 변속기어를 통하여 입력되는 회전동력을 동기유닛에 의해 변속하여 제1 출력기어를 통하여 출력하는 제1 변속출력기구; 및
상기 제1, 제2 입력축에 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 구성되어 상기 입력기어들 중, 하나의 입력기어와 외접 치합되는 복수의 변속기어를 통하여 입력되는 회전동력을 동기유닛에 의해 변속하여 제2 출력기어를 통하여 출력하는 제2 변속출력기구;
상기 제3 입력축의 반경방향 외측에 배치되는 전기 동력원과, 상기 전기 동력원의 반대측 제3 입력축에 고정 배치되는 모터 구동기어와, 상기 제2 출력축과 동일축선 상의 후측에 배치되는 중간축과, 상기 중간축에 고정 배치되어 상기 모터 구동기어와 외접 치합되는 모터 피동기어와, 상기 모터 피동기어에 이웃하여 상기 중간축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 하나의 입력기어와 외접 치합되는 아이들 기어와, 상기 제2 출력축과 아이들 기어 사이에 배치되어 상기 중간축을 아이들 기어 또는 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 전기자동차/아이들 선택용 클러치로 구성되는 전기동력수단;
을 포함하는 차량용 변속장치.
제20항에 있어서,
상기 제1 입력축 상의 입력기어는 제5속을 구현하기 위한 제1 입력기어, 제1속을 구현하기 위한 제2 입력기어, 제3속을 구현하기 위한 제3 입력기어로 이루어지고,
상기 제2 입력축 상의 입력기어는 제2속을 구현하기 위한 제4 입력기어, 제4속 또는 제6속을 구현하기 위한 제5 입력기어로 이루어지는 차량용 변속장치.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 제1 변속출력기구는
상기 제1, 제2 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축;
상기 제1 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 제2, 제3 입력기어 및 상기 제2 입력축 상의 제4, 제5 입력기어에 각각 외접 치합되는 제1속, 제3속 및 제2속, 제4속 변속기어;
상기 제1속 또는 제3속 및 제2속 또는 제4속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 제1 및 제2 싱크로나이저;
상기 제1 출력축의 일단에 고정되어 제1 출력축의 회전동력을 출력하는 제1 출력기어;
포함하는 차량용 변속장치.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 제2 변속출력기구는
상기 제1, 제2 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축;
상기 제2 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축 상의 제1 입력기어 및 상기 제2 입력축 상의 제5 입력기어에 각각 외접 치합되는 제5속 및 제6속 변속기어;
상기 제5속 및 제6속 변속기어를 각각 상기 제2 출력축에 동기 연결하는 제3 및 제4 싱크로나이저;
상기 제2 출력축의 일단에 고정되어 제2 출력축의 회전동력을 출력하는 제2 출력기어;
포함하는 차량용 변속장치.
제20항에 있어서,
상기 전기 동력원은
상기 제3 입력축에 연결되는 로터와, 상기 로터의 외주 측에 배치되어 변속기 하우징에 고정되는 스테이터로 구성되는 모터/제너레이터로 이루어지는 차량용 변속장치.
제20항에 있어서,
상기 전기자동차용 클러치와 아이들용 클러치는 싱크로나이저로 이루어지는 차량용 변속장치.