KR100986564B1 - 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법 - Google Patents

하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 두개의 클러치를 사용하여 차속에 따라 MG2를 출력축 또는 제2링기어에 선택적으로 결합하고, MG1의 회전속도가 정방향인 경우(MG1이 제너레이터역할을 수행함)에는 MG2를 출력축에 결합하여 모터로 엔진 동력을 보조하고, MG1의 회전속도가 역방향인 경우(MG1이 모터역할을 수행함)에는 MG2를 출력축에서 분리하여 제2링기어에 결합함으로써, 출력축에 전달되는 동력의 감소를 방지하여 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명은 제1모터-제너레이터에 연결된 제1선기어와, 엔진에 연결된 제1링기어와, 구동륜에 연결된 캐리어와, 제2선기어 및 제2링기어를 구비한 유성기어셋트; 상기 제2선기어를 고정된 상태 및 회전가능한 상태로 전환하도록 설치된 브레이크; 상기 제1선기어와 제2선기어 사이를 결합 및 분리가능하게 설치된 제1클러치; 제2모터-제너레이터와 출력축 사이를 결합 및 분리가능하게 설치된 제2클러치; 및 상기 제2링기어와 제2모터-제너레이터 사이를 결합 및 분리가능하게 설치된 제3클러치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인에 의해 달성된다.
유성기어, 링기어, 캐리어, 선기어, 듀얼모드, 파워트레인, 모터-제너레이터, 클러치, 브레이크

Description

하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법{power train of an hybrid electric vehicle and manipulating method thereof}
본 발명은 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유성기어와 모터 2개를 사용하여 전기적으로 작동하는 무단변속기역할을 수행하고, 클러치를 추가하여 모터에 과다한 속도나 토크 및 출력이 요구되는 상황에서는 모터를 사용하지 않고 자동변속기의 고정변속비로 주행할 수 있는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동변속기의 파워트레인은 주행 조건에 따라 적절한 회전력을 얻기 위해 유압 등을 이용하여 엔진에서 발생된 동력을 다단으로 변속하는 장치이다.
상기 자동변속기의 파워트레인은 엔진의 동력을 입력받아 적절한 회전력으로 가변시켜 출력하는 유성기어세트와, 상기 유성기어세트의 각 회전요소를 고정 또는 회전 저지하거나 엔진의 동력에 의해 회전되게 하는 클러치 또는 브레이크 등의 체결요소로 구성된다.
이러한 자동변속기의 파워 트레인은 4속이나 5속을 구현하는 장치가 주류를 이루고 있으나, 최근에는 6속은 물론 7속 구현이 가능한 장치가 활발하게 개발되고 있는 추세이다.
한편, 기존의 하이브리드 차량용 변속기는 두 개의 모터-제너레이터(Motor-Generator)(이하, MG1,MG2라 함)와, 엔진을 유성기어에 연결함으로써 상기 MG1과 MG2를 제어하여 무단 변속을 가능케 하는 시스템이다.
그 대표적인 예로는 도요타사의 프리우스를 들 수 있는데, 도 1에 도시한 바와 같이 변속기의 유성기어에 선기어 축에는 MG1, 캐리어 축에는 엔진, 링기어 축에는 MG2를 연결한다. 또한, 링기어 축에서 동력전달수단을 매개로 차량의 구동축까지 동력을 전달할 수 있게 구성한다.
상기 MG1은 모터의 속도를 제어하여 연속적으로 변속비를 조절하고, MG2는 엔진의 동력을 보조하거나 회생제동시 운동에너지를 회수하는 역할을 수행함으로써, 별도의 클러치 없이 부드러운 엔진의 온/오프 제어가 가능하고 마찰 브레이크를 최소화하여 회생제동효율을 높일 수 있다.
그러나, 상기 도요타사의 프리우스에서 사용되는 방식은 차속이 올라가면 도 4에 도시한 레버선도에 의해 MG1의 속도가 (+)에서 (-)로 역전되면서 에너지 재순환이 발생하고 에너지 순환량이 많아질 수록 시스템의 효율이 급격히 저하되는 문제가 있다.
도 2 및 도 3은 도요타사의 프리우스에서 차속에 따른 동력의 흐름을 나타내는 개략도로서, 도 2는 저속시 MG1과 MG2의 일반적인 동력의 흐름을 보여주고, 도 3은 고속에서 MG1과 MG2의 동력의 흐름이 역전되는 모습을 보여준다.
상기와 같은 구조의 파워트레인에서 유성기어세트는 엔진으로부터 동력을 전달받아 엔진의 동력을 분기시켜 엔진 동력의 일부를 캐리어와 링기어를 통해 출력축으로 전달하고, 엔진 동력의 다른 일부를 선기어를 통해 MG1으로 전달한다.
여기서, MG1은 엔진으로부터 동력을 전달받아 이를 전기에너지로 발전시키고, 또한 전기적으로 연결된 MG2에 발전에너지를 공급한다. 그리고, MG2는 출력축에 연결되어 엔진의 동력을 보충 및 회생제동시 에너지를 충전한다. 이와같이 MG1이 제너레이터 역할을 수행하고 MG2가 모터 역할을 수행하는 것이 일반적이다.
그러나, 도 4의 레버선도에서 보는 바와 같이 엔진의 속도가 일정하다고 할 때 출력축의 속도(차속)가 올라갈수록 MG1의 속도는 (+)→0→(-)로 변한다. 즉, 차속이 증가하면서 어느 순간이 MG1의 속도가 (+)에서 0이 되는 순간이 발생하고, 차속이 더 증가하면 MG1의 속도가 (-)로 되어 MG1의 회전방향(속도방향)이 반대가 된다.
이와 같이 MG1의 회전속도가 역전되는 현상이 발생하면 제너레이터 역할을 하는 MG1이 동력을 발생시키는 모터역할을 수행하여 유성기어세트에 전달하고, MG2는 출력축에 연결된 MG2가 출력축으로부터 에너지를 일부 흡수하여 MG1로 전달함으로 에너지 재순환 현상이 발생한다.
이와 같이, 일정 차속 이상에서 MG1의 속도가 (-)로 되는 시간이 오래 지속 되면 MG1→선기어→캐리어→링기어→MG2→MG1의 에너지 재순환이 계속적으로 발생한다. 즉, 상기 MG1은 MG2로부터 전기에너지를 전달받아 기계적인 에너지로 변환하고, MG2가 출력축으로 전달되는 기계적인 에너지의 일부를 흡수하여 전기적에너지로 변환함으로써, MG2가 출력축으로 전달되는 기계적인 에너지를 일부 빼앗아 갈 뿐만 아니라 기계적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸는 과정에서 변환효율이 저하되므로 전체 시스템 효율이 급격히 낮아지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 두개의 클러치를 사용하여 차속에 따라 MG2를 출력축 또는 제2링기어에 선택적으로 결합하고, MG1의 회전속도가 정방향인 경우(MG1이 제너레이터역할을 수행함)에는 MG2를 출력축에 결합하여 모터로 엔진 동력을 보조하고, MG1의 회전속도가 역방향인 경우(MG1이 모터역할을 수행함)에는 MG2를 출력축에서 분리하여 제2링기어에 결합함으로써, 출력축을 통해 전달되는 동력의 감소를 방지하여 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적은 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인에 있어서,
제1모터-제너레이터에 연결된 제1선기어와, 엔진에 연결된 제1링기어와, 구동륜에 연결된 캐리어와, 제2선기어 및 제2링기어를 구비한 유성기어셋트; 상기 제2선기어를 고정된 상태 및 회전가능한 상태로 전환하도록 설치된 브레이크; 상기 제1선기어와 제2선기어 사이를 결합 및 분리가능하게 설치된 제1클러치; 제2모터-제너레이터와 출력축 사이를 결합 및 분리가능하게 설치된 제2클러치; 및 상기 제2링기어와 제2모터-제너레이터 사이를 결합 및 분리가능하게 설치된 제3클러치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인에 의해 달성된다.
바람직하게는, 상기 브레이크는 변속기케이스와 상기 유성기어셋트의 제2선기어 사이에 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 유성기어셋트는 복수의 계단형 피니언을 포함하고, 상기 계단형 피니언은 각각 제1선기어 및 제1링기어에 치합된 대직경부 피니언과, 제2선기어 및 제2링기어에 치합된 소직경부 피니언으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면은 상기 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인을 제어하는 방법에 있어서,
듀얼모드로서 제1모터-제너레이터의 속도가 0이 되는 시점을 기준으로 변속비가 높은 영역에서는 상기 제2클러치를 결합시키고 제3클러치를 분리시키며(입력분기모드), 변속비가 낮은 영역에서는 제2클러치를 분리시키고 제3클러치를 결합시키는 것(통합분기모드)을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인의 작동방법에 의해 달성된다.
바람직하게는, EV모드로서 상기 제2클러치를 결합시키고 나머지 브레이크, 제1 및 제3클러치를 분리시키며, 상기 엔진을 정지시키고 제1 및 제2모터-제너레이터를 사용하여 주행하는 것을 특징으로 한다.
1단 모드로서, 상기 브레이크를 결합시키고 나머지 제1 내지 제3클러치를 분리시키며, 상기 제2선기어를 고정시켜 고정단 변속비를 구현하는 것을 특징으로 한다.
2단 모드로서, 상기 제1클러치를 결합시키고 나머지 브레이크, 제2 및 제3클러치를 분리시키며, 상기 제1선기어와 제2선기어를 연결하여 고정단 변속비를 구현 하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법에 의하면, 계단형 피니언 유성기어 셋트와, 클러치 3개, 브레이크 1개만을 이용하여 듀얼모드 및 유단 변속비를 구현함으로써 타사의 구조에 의해 공간 확보 및 원가 절감이 가능하다.
또한, 연속적인 변속비 구현이 가능한 두개의 모드를 선택하여 사용함으로써 연비 및 동력 성능에서 우수한 성능을 기대할 수 있다.
또한, 모터의 속도나 토크가 과다하게 높아지거나 동력 순환이 일어나 시스템 효율이 나빠질 경우에는 유단변속비를 사용하여 주행할 수 있으므로 시스템 성능을 향상시킬 수 있고 모터에 요구되는 성능을 낮출 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
첨부한 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 구조도이다.
본 발명은 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법에 있어서, 차량 주행시 제1모터-제너레이터(11)(이하,"MG1"이라고 함)가 (+)에서 (-)로 바뀌는 시점에 제2모터-제너레이터(12)(이하, "MG2"이라고 함)를 클러치로 출력 축(19)에서 분리하여 제2링기어(18)에 붙임으로써, 출력축(19)으로 전달되는 동력을 MG2(12)가 흡수하지 못하게 하여 출력축으로 전달되는 동력의 감소를 방지하고 시스템 효율을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 MG1(11) 및 MG2(12)가 고장나서 사용할 수 없는 경우 클러치를 사용하여 자동변속기와 같이 유단 변속비를 구현할 수 있는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 및 그 작동방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량용 무단변속기는 유성기어셋트(13), 모터-제너레이터 2개를 이용하여 연속적인 변속비 구현이 가능하고(대표적인 예, 도요타사 프리우스), 최근에는 고속시 상기 도요타사 프리우스의 하이브리드 시스템이 가지는 문제점을 해결하고자 저속과 고속에서 각각 효율이 높은 두가지 하이브리드 시스템을 조합하여 주행 상황에 따라 두개의 모드 중 우수한 모드를 사용하는 듀얼 모드 하이브리드 시스템이 활발히 연구되고 있다. 즉, 일반적인 주행상황에서는 모터를 사용하여 연속적인 변속비를 구현하는 듀얼 모드 시스템으로 작동하다가 모터에 과다한 속도나 토크, 출력이 요구되는 상황에서는 모터를 사용하지 않고 자동변속기의 고정변속비로 주행하는 구조이다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인의 구성은 엔진(10), MG1(11), MG2(12), 계단형 피니언 유성기어 1셋트, 체결요소(클러치, 브레이크(B)) 등으로 이루어진다.
엔진(10)은 후술할 제1링기어(14)와 연결되고, MG1(11)은 후술할 제1선기 어(16)와 연결되고, 속도를 조절하여 연속적인 변속비를 구현하며, 일반적인 주행상황에서는 제너레이터 역할을 수행하나, 일정한 속도(고속)이상 에서는 모터로 작용할 수 있다.
MG2(12)는 후술할 제3클러치(C3)를 통해 제2링기어(18) 또는 제2클러치(C2)를 통해 출력축(19)에 연결가능하고, 일반적으로 모터로 작동하여 엔진(10)으로부터 주동력을 공급받는 하이브리드 모드에서 엔진(10)의 동력을 보조하고, MG1(11)의 회전속도가 역방향(-)으로 바뀌는 고속시에는 제너레이터로 작용한다.
계단형 피니언 유성기어 1셋트는 일반적인 유성기어셋트(13)와 마찬가지로 링기어, 피니언, 선기어, 캐리어(15)로 구성되나, 링기어와 선기어를 하나씩 더 포함한다. 즉, 제1선기어(16) 및 제1링기어(14)와, 제2선기어(17) 및 제2링기어(18)는 피니언과 캐리어(15)를 공통으로 사용한다.
여기서, 피니언은 상하부가 계단형태의 단면을 갖고, 각각의 피니언들은 제1링기어(14)와 제1선기어(16)에 치합되는 대직경부 피니언과 제2링기어(18)와 제2선기어(17)에 치합되는 소직경부 피니언으로 구성되고, 대직경부 피니언과 소직경부 피니언은 일체로 회전가능하게 형성된다. 캐리어(15)는 각각의 피니언들을 연결하고, 구동륜(20)에 연결되어 엔진(10)의 동력을 구동륜(20)에 전달한다.
체결요소로는 모터나 유성기어셋트(13), 출력축(19) 등의 회전요소를 연결 및 연결해제하거나 회전정지시키는 클러치 및 브레이크(B)를 포함하고, 보다 상세하게는 브레이크(B)로 변속기케이스(21)(이하, "케이스"라고 함)와 제2선기어(17) 사이에 설치된 브레이크(B)를 포함하고, 클러치로 제1선기어(16)와 제2선기어(17) 사이에 설치된 제1클러치(C1)와, MG2(12)와 출력축(19) 사이에 설치된 제2클러치(C2)와, 제2링기어(18)와 MG2(12) 사이에 설치된 제3클러치(C3)를 포함한다.
이때, 상기 클러치는 두개의 마찰부재가 서로 결합 및 분리됨으로써 회전요소들을 연결 및 연결해제 하고, 상기 브레이크(B)는 두개의 마찰부재가 서로 결합 및 분리됨으로써 회전요소와 고정요소(예, 변속기 케이스(21))를 연결 및 연결해제하여 회전정지시킨다.
상기 브레이크(B)를 결합하면 제2선기어(17)를 고정시키고, 제1클러치(C1)를 결합시키면 제1선기어(16)와 제2선기어(17)를 결합한다.
상기 제2클러치(C2) 및 제3클러치(C3)는 듀얼모드(입력분기모드, 통합분기모드)를 구현하기 위해 선택적으로 결합되며, 입력분기모드 시 제2클러치(C2)를 결합시키고 제3클러치(C3)를 분리시키면 MG2(12)를 출력축(19)에 연결하여 엔진(10) 동력을 보조하고, 통합분기모드 시 제2클러치(C2)를 분리시키고 제3클러치(C3)를 결합시키면 MG2(12)가 출력축(19)에서 분리되고 MG1(11)이 엔진(10) 동력을 보조한다.
이와 같은 구성에 의해 본 발명의 작동모드에 따른 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인의 작동방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6은 도 5에서 EV 모드 및 입력분기모드의 파워트레인 구조도이고, 도 7은 도 5에서 통합분기모드의 파워트레인 구조도이고, 도 8은 도 5에서 1단모드의 파워트레인 구조도이고, 도 9는 도 5에서 2단모드의 파워트레인 구조도이고, 도 10은 도 5에서 클러치 분석표이다.
본 발명에 따른 작동모드는 모터를 사용하는 EV 모드, 입력분기모드, 통합분기모드와, 모터를 사용하지 않고 자동변속기와 같이 고정 변속비를 갖는 1단, 2단 및 3단모드를 포함한다. 이때, EV 모드는 모터만을 사용해서 주행하는 모드이고, 입력분기모드와 통합분기모드는 엔진(10)과 MG2(12)의 동력을 모두 사용하는 하이브리드 모드이고, 특히 입력분기모드는 MG1(11)의 회전속도가 (+)방향인 저속의 고변속비에서 작동되는 모드이고, 통합분기모드는 MG1(11)의 회전속도가 (-)방향인 고속의 저변속비에서 작동되는 모드이다.
1) EV 모드
EV 모드는 구조적으로 입력분기모드와 같다. 이 모드는 제2클러치(C2)를 결합시키고 나머지 체결요소, 즉 제1클러치(C1), 제3클러치(C3), 브레이크(B)를 분리시킴으로써 구현되고, 브레이크(B)를 결합시키면 제2선기어(17), 캐리어(15), 제2링기어(18)는 단순 감속기로 작용하며 MG2(12)의 토크를 증대시켜 출력축(19)에 전달해주는 역할을 한다. 이모드에서 MG1(11)은 엔진(10)의 속도를 제어해주는 역할만을 하며 MG2(12)가 실제로 차량을 주행시키는 역할을 수행한다.
이 모드는 모터만을 사용하여 주행하기 때문에 엔진(10)에 연료가 공급되지 않으며 이 상황에서 엔진(10)이 회전할 경우 부하로 작용할 수 있기 때문에 MG1(11)에 의해서 정지하도록 제어한다. 또한, 이 모드는 회생제동상황과 원리나 구조가 동일하며, EV 모드에서는 MG2(12)가 동력을 발생하여 차량에 전달하지만 회생제동 상황에서는 반대로 차량에서 MG2(12)로 운동에너지를 전달한다는 점에서 차이가 있다.
2) 입력분기모드(Input-split mode)
입력분기모드는 한개의 모터(예, MG2(12)) 가 동력분기장치(예, 유성기어)를 거치지 않고 직접 출력축(19)에 연결되는 모드를 뜻한다.
입력분기모드는 본 발명에서 제2클러치(C2)를 결합시키고 나머지 체결요소, 즉 제1클러치(C1), 제3클러치(C3), 브레이크(B)를 분리시킴으로써 구현되고, 제2클러치(C2)를 결합시키면 제2선기어(17), 캐리어(15), 제2링기어(18)는 단순 감속기로 작용하며 MG2(12)가 동력분기장치를 거치지 않고 바로 출력축(19)에 연결된다.
상기 입력분기모드에서 동력흐름을 살펴보면, 엔진(10)으로부터 제1링기어(14)에 동력이 입력되면 유성기어에 의해 동력이 분기되며, 엔진(10) 동력의 일부는 제1링기어(14)→캐리어(15)→출력축(19)→구동륜(20)으로 전달되고, 엔진(10) 동력의 다른 일부는 제1링기어(14)→캐리어(15)→MG1(11)으로 전달된다.
이때, MG1(11)은 제너레이터로 작용하여 엔진(10) 동력의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환한 다음 전기적으로 연결된 MG1(11)으로 전달하고, MG2(12)는 모터로 작용하여 MG1(11)으로부터 전달된 전기에너지를 공급받아 제2클러치(C2)를 통해 출력축(19)에 동력을 전달한다.
그러나, 차속이 증가하여 MG1(11)의 회전속도가 역방향으로 되면, MG1(11)이 모터로 작용하여 동력을 제1선기어(16)→캐리어(15)→출력축(19)으로 전달하고, MG2(12)는 제너레이터로 작용하여 출력축(19)에서 제2클러치(C2)를 통해 전달된 동력을 전기에너지로 발전시켜 MG1(11)으로 전달한다. 이와 같은 경우 동력의 일부가 계속 순환하면서 동력전달효율이 저하된다(전술한 종래의 문제점과 유사함).
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 차량의 속도가 저속(고변속비)에서 중속 또는 고속(저변속비), 즉 MG1(11)의 회전속도가 (+)(정방향)에서 (-)(역방향)으로 바뀌는 시점에 입력분기모드에서 통합분기모드로 변환시킨다.
3) 통합분기모드
복합분기모드는 본 발명에서 제3클러치(C3)를 결합시키고 나머지 체결요소, 즉 제1클러치(C1), 제2클러치(C2), 브레이크(B)를 분리시킴으로써 구현되고, 제2클러치(C2)를 분리시키면 MG2(12)가 출력축(19)에서 분리된다.
차속이 증가하여 MG1(11)의 회전속도가 역방향으로 될 때 복합분기모드에서 동력흐름을 살펴보면, 엔진(10)으로부터 제1링기어(14)에 동력이 입력되고, MG1(11)은 모터로 작용하여 동력을 제1선기어(16)에 전달함으로써, 엔진(10) 동력과 함께 MG1(11)의 동력이 캐리어(15)를 통해 통합된 다음 출력축(19)으로 전달된다.
이때, MG2(12)는 제너레이터로 작용하여 캐리어(15)에서 제2링기어(18)를 통해 동력을 전달받아 기계적 에너지를 전기에너지를 변환하여 MG1(11)으로 전달한다.
따라서, 제2클러치(C2)가 분리 및 제3클러치(C3)가 결합됨으로써, MG2(12)가 출력축(19)에서 분리되어 MG1(11)과 MG2(12)의 회전방향이 바뀌더라도 엔진(10)동력이 MG2(12)에 의해 빼앗기지 않고 출력축(19)을 통해 구동륜(20)에 전달된다.
4) 1단 모드
고정 변속비를 갖는 모드로서 본 발명에서 브레이크(B)를 결합시키고 나머지 체결요소, 즉 제1 내지 제3클러치(C1~C3)를 분리시킴으로써 구현되고, 브레이크(B)를 결합시키면 제2선기어(17)가 고정되므로 일정한 크기의 고정단 변속비(1단)를 구현한다.
5) 2단 모드
고정 변속비를 갖는 모드로서 본 발명에서 제1클러치(C1)를 결합시키고 나머지 체결요소, 즉 제2 및 제3클러치(C3)와 브레이크(B)를 분리시킴으로써 구현되고, 제2클러치(C2)를 결합시키면 제1선기어(16)와 제2선기어(17)가 결합됨으로써 제1선기어(16), 제2선기어(17), 캐리어(15), 제1링기어(14) 및 제2링기어(18)가 레버선도에 의해 하나의 수평선으로 되어 고정단 변속비가 1로 고정된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 종래의 도요타사 프리우스의 파워트레인 구조도,
도 2는 도 1에서 저속(MG1의 속도방향이 정방향인 경우)시 동력분기구조도,
도 3은 도 1에서 고속(MG1의 속도방향이 역방향인 경우)시 동력분기구조도,
도 4는 차속에 따른 레버선도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인 구조도,
도 6은 도 5에서 EV 모드 및 입력분기모드의 파워트레인 구조도,
도 7은 도 5에서 통합분기모드의 파워트레인 구조도,
도 8은 도 5에서 1단모드의 파워트레인 구조도,
도 9는 도 5에서 2단모드의 파워트레인 구조도,
도 10은 도 5에서 클러치 분석표이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진 11 : 제1모터-제너레이터
12 : 제2모터-제너레이터 13 : 계단형 피니언 유성기어셋트
14 : 제1링기어 15 : 캐리어
16 ; 제1선기어 17 ; 제2선기어
18 : 제2링기어 19 : 출력축
20 : 구동륜 21 : 변속기케이스
B : 브레이크 C1 : 제1클러치
C2 : 제2클러치 C3 : 제3클러치

Claims (7)

  1. 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인에 있어서,
    제1모터-제너레이터(11)에 연결된 제1선기어(16)와, 엔진(10)에 연결된 제1링기어(14)와, 구동륜(20)에 연결된 캐리어(15)와, 제2선기어(17) 및 제2링기어(18)를 구비한 유성기어셋트(13);
    상기 제2선기어(17)를 고정된 상태 및 회전가능한 상태로 전환하도록 설치된 브레이크(B);
    상기 제1선기어(16)와 제2선기어(17) 사이를 결합 및 분리가능하게 설치된 제1클러치(C1);
    제2모터-제너레이터(12)와 출력축(19) 사이를 결합 및 분리가능하게 설치된 제2클러치(C2); 및
    상기 제2링기어(18)와 제2모터-제너레이터(12) 사이를 결합 및 분리가능하게 설치된 제3클러치(C3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 브레이크(B)는 변속기케이스(21)와 상기 유성기어셋트(13)의 제2선기어(17) 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레 인.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유성기어셋트(13)는 복수의 계단형 피니언을 포함하고, 상기 계단형 피니언은 각각 제1선기어(16) 및 제1링기어(14)에 치합된 대직경부 피니언과, 제2선기어(17) 및 제2링기어(18)에 치합된 소직경부 피니언으로 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인.
  4. 청구항 1의 파워트레인을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 제1모터-제너레이터(11)의 속도가 0이 되는 시점을 기준으로 변속비가 높은 영역에서는 상기 제2클러치(C2)를 결합시키고 제3클러치(C3)를 분리시키며, 변속비가 낮은 영역에서는 제2클러치(C2)를 분리시키고 제3클러치(C3)를 결합시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인의 작동방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2클러치(C2)를 결합시키고 나머지 브레이크(B), 제1 및 제3클러치(C1,C3)를 분리시키며, 상기 엔진(10)을 정지시키고 제1 및 제2모터-제너레이 터(11,12)를 사용하여 주행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인의 작동방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 브레이크(B)를 결합시키고 나머지 제1 내지 제3클러치(C1~C3)를 분리시키며, 상기 제2선기어(17)를 고정시켜 고정단 변속비를 구현하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인의 작동방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1클러치(C1)를 결합시키고 나머지 브레이크(B), 제2 및 제3클러치(C3)를 분리시키며, 상기 제1선기어(16)와 제2선기어(17)를 연결하여 고정단 변속비를 구현하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 듀얼모드 파워트레인의 작동방법.
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