KR20190049062A - 차량용 변속장치 - Google Patents

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KR20190049062A
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gear
shaft
input shaft
input
speed
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KR1020170144496A
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조원민
황성욱
박기종
지성욱
김기동
권현식
장철호
국재창
김기태
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
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    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/006—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion power being selectively transmitted by either one of the parallel flow paths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/091—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears including a single countershaft
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H3/725—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing
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    • F16H37/0806—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts
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Abstract

차량용 변속장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에서, 전진 4속 및 후진 1속의 고정 변속단을 구현하고, 1개의 유성기어세트와 모터/제너레이터를 추가하여 전기자동차 모드 및 전자적 무단변속기 모드 주행이 가능하도록 하여 연비 및 가속 성능을 향상시키도록, 제1 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제1 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 제2 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 상기 제1, 제2 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제3 입력축; 상기 제1, 제2 입력축과 일정 간경을 두고 평행하게 배치되는 출력축; 중공축으로 이루어져 상기 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되는 제4 입력축; 상기 제1, 제2 입력축과 일정 간격을 두고 배치되는 아이들 축; 상기 제1, 제2, 제3, 제4 입력축과 아이들 축에 선택적으로 배치되어 상호 외접 기어 연결되는 4개의 변속 기어열의 기어비에 따라 고정 변속단으로 변속하는 고정 변속부; 및 상기 출력축과 제4 입력축의 일측단에 배치되어 상기 고정 변속부로부터 입력되는 회전동력에 대한 토크 어시스트와 전기 자동차 주행 및 전자적 무단 변속하여 상기 출력축을 통해 출력하는 토크 어시스트 및 전자적 무단 변속부를 포함한다.

Description

차량용 변속장치{POWER TRANSMISSION APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에서 전진 4속 및 후진 1속의 고정 변속단을 구현하고, 1개의 유성기어세트와 모터/제너레이터를 추가하여 전기자동차 모드 및 전자적 무단변속기 모드 주행이 가능하도록 하여 연비 및 가속 성능을 향상시킬 수 있는 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 듀얼 클러치 변속기(DCT : Dual Clutch Transmission)를 예로 들 수 있다.
상기와 같은 미래형 자동차는 중량 및 원가 등 여러 가지 기술적인 제약이 있기 때문에 자동차 메이커에서는 배기가스 규제를 만족시키고, 연비 성능의 향상을 위한 현실적인 문제의 대안으로서 하이브리드 전기자동차에 주목하고 있으며, 이를 실용화하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.
하이브리드 전기자동차는 2개 이상의 동력원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있으며, 동력원으로는 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과 전기 에너지에 의하여 구동되는 모터/제너레이터가 혼합되어 사용된다.
이러한 하이브리드 전기자동차는 저속에서 상대적으로 저속토크 특성이 좋은 모터/제너레이터를 주 동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크 특성이 좋은 엔진을 주 동력원으로 사용한다.
이에 따라 하이브리드 전기자동차는 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 하이브리드 전기자동차에 적용될 수 있는 변속기로서는 듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission)를 하나의 예로 들 수 있으며, 상기 DCT는 수동 변속기 구조에 2개의 클러치를 적용하여 효율을 높이고, 편의성을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 DCT는 클러치 2개를 적용하여 홀수단 및 짝수단을 번갈아 작동시키면서 변속이 이루어지는 변속기로서, 상기와 같이 홀수단 및 짝수단의 변속을 번갈아 작동시키는 매커니즘은 기존 MT(수동변속기) 및 AMT(자동화 수동 변속기)가 가지고 있는 변속 시, 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.
또한, 상기 DCT는 하이브리드 전기자동차에 적용하기 위하여 전기 동력원인 모터/제너레이터를 효과적으로 배치하여야 하는 과제가 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에서, 전진 4속 및 후진 1속의 고정 변속단을 구현하고, 1개의 유성기어세트와 모터/제너레이터를 추가하여 전기자동차 모드 및 전자적 무단변속기 모드 주행이 가능하도록 하여 연비 및 가속 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 변속장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 제1 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제1 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 제2 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 상기 제1, 제2 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제3 입력축; 상기 제1, 제2 입력축과 일정 간경을 두고 평행하게 배치되는 출력축; 중공축으로 이루어져 상기 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되는 제4 입력축; 상기 제1, 제2 입력축과 일정 간격을 두고 배치되는 아이들 축; 상기 제1, 제2, 제3, 제4 입력축과 아이들 축에 선택적으로 배치되어 상호 외접 기어 연결되는 4개의 변속 기어열의 기어비에 따라 고정 변속단으로 변속하는 고정 변속부; 및 상기 출력축과 제4 입력축의 일측단에 배치되어 상기 고정 변속부로부터 입력되는 회전동력에 대한 토크 어시스트와 전기 자동차 주행 및 전자적 무단 변속하여 상기 출력축을 통해 출력하는 토크 어시스트 및 전자적 무단 변속부를 포함하는 차량용 변속장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 4개의 변속 기어열은 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 구동기어와, 상기 제3 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어와, 상기 제4 입력축과 일체로 형성되어 상기 제1 구동기어와 제2 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 변속 기어열; 상기 아이들 축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 후진 구동기어와, 상기 제4 입력축과 일체로 형성되어 상기 후진 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어로 이루어지는 제2 변속 기어열; 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제3 구동기어와, 상기 제3 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4 구동기어와, 상기 제4 입력축과 일체로 형성되어 상기 제3 구동기어와 제4 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 변속 기어열; 및 상기 제2 입력축과 일체로 형성되는 제1 동력전달기어와, 상기 제3 입력축과 일체로 형성되는 제2 동력전달기어와, 상기 아이들 축과 일체로 형성되어 상기 제1 동력전달기어와 제2 동력전달기어에 동시에 외접 기어 연결되는 아이들 기어로 이루어지는 제4 변속 기어열을 포함할 수 있다.
상기 제1 구동기어와 제3 구동기어는 제1 싱크로나이저에 의하여 제1 입력축에 선택적으로 동기 연결되고, 상기 제2 구동기어와 제4 구동기어는 제2 싱크로나이저에 의하여 제3 입력축에 선택적으로 동기 연결되고, 상기 후진 구동기어는 제3 싱크로나이저에 의하여 아이들 축에 선택적으로 동기 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 변속 기어열은 전진 1속과 2속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제2 변속 기어열은 후진을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제3 변속 기어열은 전진 3속과 4속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제4 변속 기어열은 상기 전진 2속과 4속 및 후진의 기어비를 구현할 수 있는 기어비로 이루어질 수 있다.
상기 토크 어시스트 및 전자적 무단 변속부는 모터/제너레이터; 상기 제3 입력축 및 상기 모터/제너레이터로부터 입력되는 회전동력을 각각 그대로 출력축으로 전달하거나, 또는 상기 모터/ 제너레이터의 모터축 회전속도에 따라 상기 제3 입력축의 회전속도를 제어하는 유성기어세트; 및 상기 유성기어세트가 하나로 회전하는 상태가 되도록 3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소를 선택적으로 연결하는 제3 클러치를 포함할 수 있다.
상기 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지되, 선기어는 모터/제너레이터의 모터축에 고정 연결되고, 유성캐리어는 출력축에 고정 연결되고, 링기어는 제3 입력축에 고정 연결됨과 동시에, 제3 클러치에 의하여 유성캐리어와 선택적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 기존의 DCT 구조에서 전진 4속 및 후진 1속의 고정 변속단을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에 1개의 유성기어세트와 모터/제너레이터를 추가하여 전진 4속 후진 1속의 고정 변속단에서 상기 모터/제너레이터에 의한 토크 어시스트 구동이 가능하므로 패러럴 하이브리드 모드로 주행할 수 있다
또한, 본 발명의 실시 예는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에 1개의 유성기어세트와 모터/제너레이터를 추가하여 전기 자동차 모드에서는 동력원이 엔진에서 모터/제너레이터로 변경하고, 제3 클러치를 작동시킨 상태에서 상기 모터/제너레이터의 정/역회전에 의하여 전진과 후진의 전기 자동차 모드 운행이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에 1개의 유성기어세트와 모터/제너레이터를 추가하여 전진 4속 후진 1속의 고정 변속단에서 제3 클러치의 작동을 해제한 후 상기 모터/제너레이터의 제어에 따라 엔진의 회전속도 제어하면서 전자적 무단 변속 모드 주행이 가능할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 변속 작동표이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.
또한, 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 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치는 3개의 싱크로나이저(SL1)(SL2)(SL3)를 포함하여 이루어지며, 동력원인 엔진(ENG)의 회전동력을 전진 4속 및 후진 1속의 고정 변속이 이루어지는 고정 변속부(FT)와, 하나의 유성기어세트(PG)와 모터/제너레이터(MG)를 포함하여 이루어지며, 발전 및 토크 어시스트가 가능하고, 전기 자동차 주행 및 전자적 무단 변속 기능을 수행하는 토크 어시스트 및 전자적 무단 변속부(TAD/e-CVT)를 포함하여 이루어진다.
상기 동력원인 엔진(ENG)은 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등의 공지된 각종 엔진이 이용될 수 있다.
상기 고정 변속부(FT)와 토크 어시스트 및 전자적 무단 변속부(TAD/e-CVT)는 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 축선(L1)(L2)(L3)(L4)상에 배치된다.
상기 제1 축선(L1)상에는 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)이 배치되고, 상기 제2 축선(L2)상에는 제3 입력축(IS3)이 배치되고, 상기 제3 축선(L3)상에는 출력축(OS)과 제4 입력축(IS4) 및 유성기어세트(PG)와 모터/제너레이터(MG)가 배치되고, 상기 제4 축선(L4)상에는 아이들 축(IDS)이 배치된다.
상기 제1축선(L1)상에 배치되는 제1 입력축(IS1)은 엔진(ENG)의 출력축(EOS; 크랭크 축)과 제1 클러치(CL1)를 통하여 선택적으로 연결되며, 상기 제1 입력축(IS1)은 엔진(ENG)의 회전동력을 선택적으로 상기 고정 변속부(FT)의 홀수단 변속부에 전달한다.
상기 제1축선(L1)상에 배치되는 제2 입력축(IS2)은 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축(IS1)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 엔진(ENG)의 출력축(EOS)과 제2 클러치(CL2)를 통하여 선택적으로 연결되며, 상기 제2 입력축(IS2)은 엔진(ENG)의 회전동력을 선택적으로 상기 아이들 축(IDS)에 전달한다.
상기 제2축선(L2)상에 배치되는 제3 입력축(IS3)은 상기 아이들 축(IDS)을 통해 전달되는 상기 제2 입력축(IS2)의 회전동력을 상기 고정 변속부(FT)의 짝수단 변속부로 전달한다.
상기 제3축선(L3)상에 배치되는 출력축(OS)은 상기 출력축(OS)과 동축선상 후측에 배치되는 유성기어세트(PG) 및 모터/제너레이터(MG)로부터 전달되는 회전동력을 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)를 포함하는 종감속 기어(FSDG)로 전달한다.
상기 제3축선(L3)상에 배치되는 제4 입력축(IS4)은 중공축으로 이루어져 상기 출력축(OS)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축(IS1)의 홀수단 변속부와 상기 제3 입력축(IS3)의 짝수단 변속부로부터 전달되는 변속된 회전동력을 유성기어세트(PG)의 3개의 회전요소 중 어느 하나의 회전요소에 전달한다.
상기 제4 축선(L4)상에 배치되는 아이들 축(IDS)은 상기 제2 입력축(IS2)으로부터 입력되는 회전 동력을 상기 제3 입력축(IS3)으로 전달하거나 제4 입력축(IS4)으로 전달한다.
상기 고정 변속부(FT)는 상기 제1, 제2, 제3, 제4 입력축(IS1)(IS2)(IS3)(IS4)과 아이들 축(IDS)상에 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)을 포함하여 이루어지며, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)은 엔진(ENG) 반대측에서 엔진(ENG)측으로 제1, 제2, 제3, 제4 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)의 순서로 배치된다.
상기 제1 변속 기어열(G1)은 상기 제1 입력축(IS1)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 구동기어(D1)와, 상기 제3 입력축(IS3)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어(D2)와, 상기 제4 입력축(IS4)과 일체로 형성되어 상기 제1 구동기어(D1)와 제2 구동기어(D2)에 동시에 외접 기어 연결되는 제1 피동기어(P1)를 포함하여 이루어진다.
상기 제2 변속 기어열(G2)은 상기 아이들 축(IDS)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되는 후진 구동기어(RD)와, 상기 제4 입력축(IS4)과 일체로 형성되어 상기 후진 구동기어(RD)와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어(P2)를 포함하여 이루어진다.
상기 제3 변속 기어열(G3)은 상기 제1 입력축(IS1)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되는 제3 구동기어(D3)와, 상기 제3 입력축(IS3)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4 구동기어(D4)와, 상기 제4 입력축(IS4)과 일체로 형성되어 상기 제3 구동기어(D3)와 제4 구동기어(D4)에 동시에 외접 기어 연결되는 제3 피동기어(P3)를 포함하여 이루어진다.
상기 제4 변속 기어열(G4)은 상기 제2 입력축(IS2)과 일체로 형성되는 제1 동력전달기어(TF1)와, 상기 제3 입력축(IS3)과 일체로 형성되는 제2 동력전달기어(TF2)와, 상기 아이들 축(IDS)과 일체로 형성되어 상기 제1 동력전달기어(TF1)와 제2 동력전달기어(TF2)에 동시에 외접 기어 연결되는 아이들 기어(IDG)를 포함하여 이루어진다.
상기에서 제1 구동기어(D1)와 제3 구동기어(D3) 사이에는 제1 싱크로나이저(SL1)가 배치되어 상기 제1 구동기어(D1)와 제3 구동기어(D3)를 선택적으로 제1 입력축(IS1)에 동기 연결한다.
또한, 상기 제2 구동기어(D2)와 제4 구동기어(D4) 사이에는 제2 싱크로나이저(SL2)가 배치되어 상기 제2 구동기어(D2)와 제4 구동기어(D4)를 선택적으로 제3 입력축(IS3)에 동기 연결한다.
또한, 상기 후진 구동기어(RD)와 아이들 축(IDS) 사이에는 제3 싱크로나이저(SL3)가 배치되어 상기 후진 구동기어(RD)를 선택적으로 아이들 축(IDS)에 동기 연결한다.
상기와 같이 고정 변속부(FT)가 4개의 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)을 형성하는 각각의 구동 및 피동기어에 대한 기어비는 해당 변속기의 설계 조건에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제1 변속 기어열(G1)은 제1속 및 제2속, 상기 제2 변속 기어열(G2)은 후진, 상기 제3 변속 기어열(G3)은 제3속 및 4속을 위한 기어비로 설정되고, 제4 변속 기어열(G4)은 제3 입력축(IS3)이 상기 제2 입력축(IS2)의 회전수와 동일하게 회전할 수 있도록 기어비가 설정된다.
상기에서 제4 변속 기어열(G4)은 제2, 제3 입력축(IS2)(IS3)가 동일한 회전수로 회전할 수 있도록 기어비를 설정한다고 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 구동기어(D2)와 제1 피동기어(P1), 제4 구동기어(D4)와 제3 피동기어(P3), 후진 구동기어(RD)와 제2 피동기어(P2)의 기어비에 따라 달라질 수 있다.
따라서 상기의 구성에 의하여 고정 변속부(FT)에서는 전진 4속과 후진 1속의 변속이 이루어진다.
상기에서 제1, 제2, 제3 싱크로나이저(SL1)(SL2)(SL3)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제1, 제2, 제3 싱크로나이저(SL1)(SL2)(SL3)에 적용되는 제1, 제2, 제3 슬리이브(SLE1)(SLE2)(SLE3)는 공지에서와 같이 미도시된 별도의 액추에이터를 구비하며, 상기 액추에이터는 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 제어되면서 변속을 실시한다.
상기 토크 어시스트 및 전자적 무단 변속부(TAD/e-CVT)를 형성하는 모터/제너레이터(MG)와 유성기어세트(PG)는 상기 출력축(OS)과 동일 축선상에 배치되는 모터축(MS)상에 배치된다.
상기 모터/제너레이터(MG)는 전기보조구동유닛(Electric Supplementary Drive Unit)으로서, 공지와 같이 구동력을 발생시키는 모터 및 반력을 발생시키는 제너레이터의 기능을 수행하며, 변속기 하우징(H)에 고정되는 스테이터(ST)와, 상기 스테이터(ST)의 반경방향 내측에서 회전 가능하게 지지되는 로터(RT)를 포함하여 이루어지며, 상기 로터(RT)는 모터축(MS)에 직접 연결된다.
상기 유성기어세트(PG)는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 선기어(S)와, 상기 선기어(S)와 외접으로 치합되는 복수의 피니언 기어(P)를 자전 및 공전이 가능하게 지지하는 유성캐리어(PC)와, 상기 복수의 피니언 기어(P)와 내접으로 치합되어 상기 선기어(S)와 동력 연결되는 링기어(R)를 포함한다.
또한, 상기 선기어(S)는 모터축(MS)에 직접 연결되며, 상기 유성캐리어(PC)는 출력축(OS)과 직접 연결됨과 동시에 제4 입력축(IS4)과 제3 클러치(CL3)를 개재시켜 선택적으로 연결되며, 상기 링기어는 제4 입력축(IS4)와 직접 연결된다.
이에 따라 상기 제3 클러치(CL3)가 작동되면 유성기어세트(PG)는 전체가 록킹되어 일체가 되고, 상기의 상태에서 상기 선기어(S) 또는 링기어(R)로 입력되면 입력 그대로 유성캐리어(PC)를 통해 출력축(OS)으로 전달하게 된다.
상기에서 결합요소인 상기 제1, 제2, 제3 클러치(CL1)(CL2)(CL3)와 브레이크(BK)는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 유압마찰결합유닛으로서, 주로 습식 다판형 유압마찰결합유닛이 사용되지만, 도그 클러치, 전자식 클러치, 자분식 클러치 등과 같이 전자제어장치로부터 공급되는 전기적인 신호에 따라 작동될 수 있는 결합유닛으로 이루어질 수 있다.
도면 중 미설명 부호 DA는 엔진(ENG)의 토크 변동을 흡수하는 댐퍼를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표로서, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.
[후진]
후진 변속단(REV)에서는 도 2에서와 같이, 제3 싱크로나이저(SL3)의 슬리이브(SEL3)를 통해 후진 구동기어(RD)와 아이들 축(IDS)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 동력전달기어(TF1), 아이들 기어(IDG), 아이들 축(IDS), 후진 구동기어(RD), 제2 피동기어(P2), 제4 입력축(IS4)을 통해 유성기어세트(PG)의 링기어(R)로 전달된다.
그러면 유성기어세트(PG)는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 일체가 되므로, 상기 링기어(R)로 입력되는 회전동력이 입력 그대로 출력축(OS)과 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)를 포함하는 종감속 기어(FSDG)로 역회전 출력되면서 후진 주행이 이루어진다.
[전진 1속]
전진 1속(D1)에서는 도 2에서와 같이, 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제1 구동기어(D3)와 제1 입력축(IS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제1 구동기어(D1), 제1 피동기어(P1), 제4 입력축(IS4)을 통해 유성기어세트(PG)의 링기어(R)로 전달된다.
그러면 유성기어세트(PG)는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 일체가 되므로, 상기 링기어(R)로 입력되는 회전동력이 입력 그대로 출력축(OS)과 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)를 포함하는 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 1속 주행이 이루어진다.
[전진 2속]
전진 2속(D2)에서는 도 2에서와 같이, 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제2 구동기어(D2)와 제3 입력축(IS3)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 동력전달기어(TF1), 아이들 기어(IDG), 제2 동력전달기어(TF2), 제3 입력축(IS3), 제2 구동기어(D2), 제1 피동기어(P1), 제4 입력축(IS4)을 통해 유성기어세트(PG)의 링기어(R)로 전달된다.
그러면 유성기어세트(PG)는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 일체가 되므로, 상기 링기어(R)로 입력되는 회전동력이 입력 그대로 출력축(OS)과 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)를 포함하는 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 2속 주행이 이루어진다.
[전진 3속]
전진 3속(D3)에서는 도 2에서와 같이, 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제3 구동기어(D3)와 제1 입력축(IS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제3 구동기어(D3), 제3 피동기어(P3), 제4 입력축(IS4)을 통해 유성기어세트(PG)의 링기어(R)로 전달된다.
그러면 유성기어세트(PG)는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 일체가 되므로, 상기 링기어(R)로 입력되는 회전동력이 입력 그대로 출력축(OS)과 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)를 포함하는 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 3속 주행이 이루어진다.
[전진 4속]
전진 4속(D4)에서는 도 2에서와 같이, 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제4 구동기어(D4)와 제3 입력축(IS3)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 동력전달기어(TF1), 아이들 기어(IDG), 제2 동력전달기어(TF2), 제3 입력축(IS3), 제4 구동기어(D4), 제4 피동기어(P4), 제4 입력축(IS4)을 통해 유성기어세트(PG)의 링기어(R)로 전달된다.
그러면 유성기어세트(PG)는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 일체가 되므로, 상기 링기어(R)로 입력되는 회전동력이 입력 그대로 출력축(OS)과 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)를 포함하는 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 4속 주행이 이루어진다.
상기와 같은 전진 4속 후진 1속의 고정 변속단에서는 도 2에서와 같이, 상기 모터/제너레이터(MG)에 의한 토크 어시스트 구동이 가능하므로 패러럴 하이브리드 모드로 주행할 수 있다
또한, 전기 자동차 모드(EV)에서는 도 2에서와 같이, 동력원이 엔진에서 모터/제너레이터로 변경되고, 제3 클러치(CL3)를 작동 시킨 상태에서 상기 모터/제너레이터의 정/역회전에 의하여 전진과 후진의 전기 자동차 모드 운행이 가능할 수 있다.
또한, 전진 4속 후진 1속의 고정 변속단에서 도 2에서와 같이, 제3 클러치(CL3)의 작동을 해제한 후 상기 모터/제너레이터(MG)의 제어에 따라 엔진(ENG)의 회전속도 제어하면서 전자적 무단 변속(e-CVT) 모드 주행이 가능할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 변속장치는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 기존의 DCT 구조에서 전진 4속 및 후진 1속의 고정 변속단을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 변속장치는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에 1개의 유성기어세트와 모터/제너레이터를 추가하여 전진 4속 후진 1속의 고정 변속단에서 상기 모터/제너레이터에 의한 토크 어시스트 구동이 가능하므로 패러럴 하이브리드 모드로 주행할 수 있다
또한, 본 발명에 의한 변속장치는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에 1개의 유성기어세트와 모터/제너레이터를 추가하여 전기 자동차 모드에서는 동력원이 엔진에서 모터/제너레이터로 변경하고, 제3 클러치를 작동시킨 상태에서 상기 모터/제너레이터의 정/역회전에 의하여 전진과 후진의 전기 자동차 모드 운행이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 변속장치는 3개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에 1개의 유성기어세트와 모터/제너레이터를 추가하여 전진 4속 후진 1속의 고정 변속단에서 제3 클러치의 작동을 해제한 후 상기 모터/제너레이터의 제어에 따라 엔진의 회전속도 제어하면서 전자적 무단 변속 모드 주행이 가능할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
CL1,CL2,CL3... 제1, 제2, 제3 클러치
D1,D2,D3,D4... 제1, 제2, 제3, 제4 구동기어
TAD/e-CVT... 토크 어시스트 및 전자적 무단 변속부
FT... 고정 변속부
G1,G2,G3,G4... 제1, 제2, 제3, 제4 변속 기어열
EOS... 엔진 출력축(크랭크 축)
IDS... 아이들 축
IDG... 아이들 기어
IS1,IS2,IS3,IS4... 제1, 제2, 제3, 제4 입력축
MG... 모터/제너레이터
OG... 출력기어
OS... 출력축
P1,P2,P3... 제1, 제2, 제3 피동기어
PG... 유성기어세트
SL1, SL2, SL3... 제1, 제2, 제3 싱크로나이저
TF1, TF2... 제1, 제2 동력전달기어

Claims (6)

  1. 제1 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제1 입력축;
    중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 제2 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축;
    상기 제1, 제2 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제3 입력축;
    상기 제1, 제2 입력축과 일정 간경을 두고 평행하게 배치되는 출력축;
    중공축으로 이루어져 상기 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되는 제4 입력축;
    상기 제1, 제2 입력축과 일정 간격을 두고 배치되는 아이들 축;
    상기 제1, 제2, 제3, 제4 입력축과 아이들 축에 선택적으로 배치되어 상호 외접 기어 연결되는 4개의 변속 기어열의 기어비에 따라 고정 변속단으로 변속하는 고정 변속부; 및
    상기 출력축과 제4 입력축의 일측단에 배치되어 상기 고정 변속부로부터 입력되는 회전동력에 대한 토크 어시스트와 전기 자동차 주행 및 전자적 무단 변속하여 상기 출력축을 통해 출력하는 토크 어시스트 및 전자적 무단 변속부;
    를 포함하는 차량용 변속장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 4개의 변속 기어열은
    상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 구동기어와, 상기 제3 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어와, 상기 제4 입력축과 일체로 형성되어 상기 제1 구동기어와 제2 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 변속 기어열;
    상기 아이들 축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 후진 구동기어와, 상기 제4 입력축과 일체로 형성되어 상기 후진 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어로 이루어지는 제2 변속 기어열;
    상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제3 구동기어와, 상기 제3 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4 구동기어와, 상기 제4 입력축과 일체로 형성되어 상기 제3 구동기어와 제4 구동기어에 동시에 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 변속 기어열; 및
    상기 제2 입력축과 일체로 형성되는 제1 동력전달기어와, 상기 제3 입력축과 일체로 형성되는 제2 동력전달기어와, 상기 아이들 축과 일체로 형성되어 상기 제1 동력전달기어와 제2 동력전달기어에 동시에 외접 기어 연결되는 아이들 기어로 이루어지는 제4 변속 기어열;
    을 포함하는 차량용 변속장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구동기어와 제3 구동기어는
    제1 싱크로나이저에 의하여 제1 입력축에 선택적으로 동기 연결되고,
    상기 제2 구동기어와 제4 구동기어는
    제2 싱크로나이저에 의하여 제3 입력축에 선택적으로 동기 연결되고,
    상기 후진 구동기어는 제3 싱크로나이저에 의하여 아이들 축에 선택적으로 동기 연결되는 차량용 변속장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 변속 기어열은 전진 1속과 2속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제2 변속 기어열은 후진을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제3 변속 기어열은 전진 3속과 4속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제4 변속 기어열은 상기 전진 2속과 4속 및 후진의 기어비를 구현할 수 있는 기어비로 이루어지는 차량용 변속장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 토크 어시스트 및 전자적 무단 변속부는
    모터/제너레이터;
    상기 제3 입력축 및 상기 모터/제너레이터로부터 입력되는 회전동력을 각각 그대로 출력축으로 전달하거나, 또는 상기 모터/ 제너레이터의 모터축 회전속도에 따라 상기 제3 입력축의 회전속도를 제어하는 유성기어세트; 및
    상기 유성기어세트가 하나로 회전하는 상태가 되도록 3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소를 선택적으로 연결하는 제3 클러치;
    를 포함하는 차량용 변속장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지되,
    선기어는 모터/제너레이터의 모터축에 고정 연결되고,
    유성캐리어는 출력축에 고정 연결되고,
    링기어는 제3 입력축에 고정 연결됨과 동시에, 제3 클러치에 의하여 유성캐리어와 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
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