KR101417514B1 - 차량의 하이브리드 파워트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비교적 간단한 구성으로 차량의 주행에 필요한 다양한 주행모드를 제공할 수 있도록 하여, 차량의 주행상황에 따라 효율적인 운전이 가능하도록 하여, 하이브리드 차량의 원가를 저감하면서도 성능을 극대화시킬 수 있도록 한다.

Description

차량의 하이브리드 파워트레인{HYBRID POWER TRAIN FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 하이브리드 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 시스템을 구성하면서도 다양한 주행모드를 구현할 수 있도록 하는 변속메커니즘에 관한 기술이다.

하이브리드 차량은 내연기관인 엔진과 전기로 구동되는 모터의 동력을 적절히 이용하여 구동륜으로 제공하도록 함으로써, 효율적인 엔진 운전과 모터의 적절한 사용으로 연비를 향상시키고 배기가스의 유해물질을 저감시킬 수 있도록 한다.

상기한 바와 같은 하이브리드 차량의 장점을 충분히 살리기 위해서는 가급적 엔진과 모터로부터의 동력을 구동륜으로 적절히 조합하여 공급하도록 하는 파워트레인 메커니즘이 간단하게 구성되면서도, 차량의 주행 상황에 맞는 다양한 주행모드를 제공할 수 있도록 하여 효율적인 차량의 운행이 가능하도록 해야 한다.

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.

KR 1020080038808 A

본 발명은 상기한 바와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로서, 비교적 간단한 구성으로 차량의 주행에 필요한 다양한 주행모드를 제공할 수 있도록 하여, 차량의 주행상황에 따라 효율적인 운전이 가능하도록 하여, 하이브리드 차량의 원가를 저감하면서도 성능을 극대화시킬 수 있도록 한 차량의 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은

두 회전요소에 각각 동력을 발생시키는 동력원이 연결되고, 나머지 한 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 설치된 제1유성기어장치와;

하나의 회전요소에 동력을 발생시키는 동력원이 연결되고 나머지 한 회전요소는 출력축에 연결되며, 다른 한 회전요소는 상기 제1유성기어장치의 한 회전요소와 연결상태가 전환되도록 연결된 제2유성기어장치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 하이브리드 변속기는

한 회전요소가 회전 가능상태가 전환될 수 있도록 제1브레이크에 의해 연결되고, 나머지 두 회전요소가 각각 별도로 회전력을 공급받을 수 있도록 구비된 제1유성기어장치와;

상기 제1유성기어장치의 상기 제1브레이크에 연결된 회전요소와 제1클러치에 의해 연결상태가 전환될 수 있도록 구비된 한 회전요소와, 외부로부터 회전력을 공급받을 수 있도록 구비된 다른 한 회전요소 및 외부로 회전력을 출력시킬 수 있도록 구비된 나머지 한 회전요소를 구비한 제2유성기어장치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 비교적 간단한 구성으로 차량의 주행에 필요한 다양한 주행모드를 제공할 수 있도록 하여, 차량의 주행상황에 따라 효율적인 운전이 가능하도록 하여, 하이브리드 차량의 원가를 저감하면서도 성능을 극대화시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 파워트레인의 구성도,
도 2는 본 발명 파워트레인의 EV1모드의 작동을 설명한 동력흐름도,
도 3은 도 2의 상태를 설명한 레버선도,
도 4는 본 발명 파워트레인의 EV2모드의 작동을 설명한 동력흐름도,
도 5는 도 4의 상태를 설명한 레버선도,
도 6은 본 발명 파워트레인의 HEV1모드의 작동을 설명한 동력흐름도,
도 7은 도 6의 상태를 설명한 레버선도,
도 8은 본 발명 파워트레인의 HEV2모드의 작동을 설명한 동력흐름도,
도 9는 도 8의 상태를 설명한 레버선도,
도 10은 본 발명 파워트레인의 회생제동모드의 작동을 설명한 동력흐름도,
도 11은 도 10의 상태를 설명한 레버선도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인의 실시예는, 두 회전요소에 각각 동력을 발생시키는 동력원이 연결되고, 나머지 한 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 설치된 제1유성기어장치(PG1)와; 하나의 회전요소에 동력을 발생시키는 동력원이 연결되고 나머지 한 회전요소는 출력축에 연결되며, 다른 한 회전요소는 상기 제1유성기어장치(PG1)의 한 회전요소와 연결상태가 전환되도록 연결된 제2유성기어장치(PG2)를 포함하여 구성된다.

즉, 두 개의 유성기어장치와 하나씩의 클러치와 브레이크에 의해 하이브리드 파워트레인을 구성한 것으로서, 이와 같이 구성된 파워트레인은 후술하는 바와 같이 EV1모드, EV2모드, HEV1모드, HEV2모드 및 회생제동모드를 구현할 수 있다.

상기 제1유성기어장치(PG1)의 두 회전요소에 각각 연결된 동력원은 엔진과 제1모터제너레이터(MG1)이며, 상기 제2유성기어장치(PG2)의 한 회전요소에 연결된 동력원은 제2모터제너레이터(MG2)이다.

여기서, 상기 제1유성기어장치(PG1)의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 회전요소에는 제1브레이크(BK1)가 연결되고, 상기 제1유성기어장치(PG1)의 한 회전요소와 연결상태가 전환되도록 연결된 제2유성기어장치(PG2)의 한 회전요소는 제1클러치(CL1)를 통해 상기 제1브레이크(BK1)가 연결된 제1유성기어장치(PG1)의 회전요소에 연결되는 구조이다.

즉, 본 실시예에서, 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1선기어(S1)에는 상기 엔진이 연결되고, 제1캐리어(C1)에는 상기 제1모터제너레이터(MG1)가 연결되며, 제1링기어(R1)에는 제1브레이크(BK1)가 연결되며, 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)에는 상기 제2모터제너레이터(MG2)가 연결되고, 상기 제2캐리어(C2)에는 상기 제1클러치(CL1)가 연결되며, 상기 제2링기어(R2)는 출력축(OUTPUT)에 연결된 구조인 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 파워트레인은, 한 회전요소가 회전 가능상태가 전환될 수 있도록 제1브레이크(BK1)에 의해 연결되고, 나머지 두 회전요소가 각각 별도로 회전력을 공급받을 수 있도록 구비된 제1유성기어장치(PG1)와; 상기 제1유성기어장치(PG1)의 상기 제1브레이크(BK1)에 연결된 회전요소와 제1클러치(CL1)에 의해 연결상태가 전환될 수 있도록 구비된 한 회전요소와, 외부로부터 회전력을 공급받을 수 있도록 구비된 다른 한 회전요소 및 외부로 회전력을 출력시킬 수 있도록 구비된 나머지 한 회전요소를 구비한 제2유성기어장치(PG2)를 포함하여 구성된 하이브리드 변속기로 요약될 수 있다.

물론, 상기 하이브리드 변속기에서 상기 제1유성기어장치(PG1)의 회전력을 공급받을 수 있도록 구비된 두 회전요소는 각각 엔진과 제1모터제너레이터(MG1)에 연결되고, 상기 제2유성기어장치(PG2)의 회전력을 공급받을 수 있도록 구비된 한 회전요소는 제2모터제너레이터(MG2)에 연결된다.

상기한 바와 같이 구성된 차량의 하이브리드 파워트레인의 작용을 각 주행모드별로 도 2 내지 도 11을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 2와 도 3은 EV1모드를 구현하는 것을 설명한 것으로서, 상기 제1브레이크(BK1)와 제1클러치(CL1)를 모두 작동시킨 상태에서, 상기 제2모터제너레이터(MG2)를 구동하여 초기 발진 및 저속 EV 상황에서 제2모터제너레이터(MG2)의 구동으로 EV모드를 구현하는 것으로서, 이 모드는 일정량 이상의 배터리 출력이 필요하므로 SOC(STATE OF CHARGE)의 확보가 필요한 모드이다.

도 4와 도 5는 EV2모드를 구현하는 것을 설명한 것으로서, 상기 제1브레이크(BK1)는 해제하고 상기 제1클러치(CL1)는 체결하며, 상기 제1모터제너레이터(MG1)와 제2모터제너레이터(MG2)에서 동력을 발생시켜서, 고속 EV 및 가속 상황의 주행에 사용하는 것으로 역시 일정량 이상의 배터리 출력이 필요한 모드이다.

이 모드는 상기한 EV1모드나 후술하는 HEV1 또는 회생제동모드로부터 전환할 때, 상기 제1클러치(CL1)의 제어가 필요한 바, 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 회전방향이 반대로 변환되어야 하므로, 제2모터제너레이터(MG2)의 방향전환이 완료된 후에 상기 제1클러치(CL1)를 체결상태로 록킹시키도록 제어해야 한다.

도 6과 도 7은 HEV1모드를 구현하는 것을 설명한 것으로서, 상기 제1브레이크(BK1)와 제1클러치(CL1)를 모두 작동시키고, 엔진을 시동하여 구동시킴으로써 상기 제1모터제너레이터(MG1)로 발전을 하고, 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 동력은 구동력으로 사용하는 것으로서, 시리즈 타입 하이브리드 모드를 구현하는 것이다.

이 모드는 상기 EV2모드 및 후술하는 HEV2모드에서의 제2모터제너레이터(MG2)의 회전 방향과 반대로 상기 제2모터제너레이터(MG2)가 구동되므로, 이들 모드로부터의 모드 전환시에는 클러치를 해제하였다가 제2모터제너레이터(MG2)의 회전방향이 전환된 후에 상기 제1클러치(CL1)를 체결하여 록킹 상태로 하여야 한다.

도 8과 도 9는 HEV2모드를 구현하는 것을 설명한 것으로서, 상기 제1브레이크(BK1)는 해제하고 상기 제1클러치(CL1)는 체결하여, 상기 엔진의 동력과 제1모터제너레이터(MG1) 및 제2모터제너레이터(MG2)의 동력으로 차량을 구동하여 패러렐 타입 하이브리드를 구현할 수 있음과 아울러 상기 제1모터제너레이터(MG1)는 상황에 따라 발전을 수행할 수도 있다.

이 모드는 상기 EV1모드, EV2모드 및 회생제동모드로부터 전환할 때에는 상기 제1클러치(CL1)를 해제했다가 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 회전방향을 전환한 후에 상기 제1클러치(CL1)를 체결하도록 제어하는 것이 바람직하다.

도 10과 도 11은 회생제동모드를 구현하는 것을 설명한 것으로서, 상기 제1브레이크(BK1)와 제1클러치(CL1)를 모두 체결한 상태에서 상기 출력축(OUTPUT)으로부터 입력되는 동력이 상기 제2모터제너레이터(MG2)로 공급되어, 상기 제2모터제너레이터(MG2)가 발전을 하는 모드이다.

이 모드의 경우에는 상기 EV2모드 또는 HEV2모드에서의 제2모터제너레이터(MG2)의 회전방향과 방향이 반대가 되므로, 역시 상기 제1클러치(CL1)를 해제했다가 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 회전방향이 전환된 후에 상기 제1클러치(CL1)를 체결하도록 제어하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 파워트레인은 하나의 시스템으로 EV모드와 직렬 및 병렬형 HEV모드를 모두 구현할 수 있으며, 기본적인 하이브리드 차량 이외에 EREV(Extended Range Electric Vehicle) 및 PHEV(Plug-In Hybrid Electric Vehicle)에도 적용할 수 있고, 그 구성요소가 적기 때문에 패키지 및 원가에 유리하고, 각 모드간의 전환이 비교적 용이한 장점이 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.

PG1; 제1유성기어장치
PG2; 제2유성기어장치
MG1; 제1모터제너레이터
MG2; 제2모터제너레이터
BK1; 제1브레이크
CL1; 제1클러치
S1; 제1선기어
C1; 제1캐리어
R1; 제1링기어
S2; 제2선기어
C2; 제2캐리어
R2; 제2링기어
OUTPUT; 출력축

Claims (7)

1. 두 회전요소에 각각 동력을 발생시키는 동력원이 연결되고, 나머지 한 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 설치된 제1유성기어장치(PG1)와;
   하나의 회전요소에 동력을 발생시키는 동력원이 연결되고 나머지 한 회전요소는 출력축(OUTPUT)에 연결되며, 다른 한 회전요소는 상기 제1유성기어장치(PG1)의 한 회전요소와 연결상태가 전환되도록 연결된 제2유성기어장치(PG2);를 포함하여 구성되고,
   상기 제1유성기어장치(PG1)의 두 회전요소에 각각 연결된 동력원은 엔진과 제1모터제너레이터(MG1)이며;
   상기 제2유성기어장치(PG2)의 한 회전요소에 연결된 동력원은 제2모터제너레이터(MG2)이고;
   상기 제1유성기어장치(PG1)의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 회전요소에는 제1브레이크(BK1)가 연결되고;
   상기 제1유성기어장치(PG1)의 한 회전요소와 연결상태가 전환되도록 연결된 제2유성기어장치(PG2)의 한 회전요소는 제1클러치(CL1)를 통해 상기 제1브레이크(BK1)가 연결된 제1유성기어장치(PG1)의 회전요소에 연결되며;
   상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1선기어(S1)에는 상기 엔진이 연결되고, 제1캐리어(C1)에는 상기 제1모터제너레이터(MG1)가 연결되며, 제1링기어(R1)에는 제1브레이크(BK1)가 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)에는 상기 제2모터제너레이터(MG2)가 연결되고, 제2캐리어(C2)에는 상기 제1클러치(CL1)가 연결되며, 제2링기어(R2)는 출력축(OUTPUT)에 연결된 것
   을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
5. 한 회전요소가 회전 가능상태가 전환될 수 있도록 제1브레이크(BK1)에 의해 연결되고, 나머지 두 회전요소가 각각 별도로 회전력을 공급받을 수 있도록 구비된 제1유성기어장치(PG1)와;
   상기 제1유성기어장치(PG1)의 상기 제1브레이크(BK1)에 연결된 회전요소와 제1클러치(CL1)에 의해 연결상태가 전환될 수 있도록 구비된 한 회전요소와, 외부로부터 회전력을 공급받을 수 있도록 구비된 다른 한 회전요소 및 외부로 회전력을 출력시킬 수 있도록 구비된 나머지 한 회전요소를 구비한 제2유성기어장치(PG2);를 포함하여 구성되고,
   상기 제1유성기어장치(PG1)의 회전력을 공급받을 수 있도록 구비된 두 회전요소는 각각 엔진과 제1모터제너레이터(MG1)에 연결되고;
   상기 제2유성기어장치(PG2)의 회전력을 공급받을 수 있도록 구비된 한 회전요소는 제2모터제너레이터(MG2)에 연결되며;
   상기 엔진은 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1선기어(S1)에 연결되고;
   상기 제1모터제너레이터(MG1)는 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1캐리어(C1)에 연결되며;
   상기 제1브레이크(BK1)는 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1링기어(R1)에 연결되고;
   상기 제2모터제너레이터(MG2)는 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)에 연결되며;
   상기 제1클러치(CL1)는 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2캐리어(C2)와 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1링기어(R1) 사이에 연결되며;
   상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2링기어(R2)는 출력축(OUTPUT)에 연결된 것
   을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 변속기.
6. 삭제
7. 삭제

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