KR101543164B1 - 하이브리드 차량용 파워트레인 - Google Patents

하이브리드 차량용 파워트레인 Download PDF

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KR101543164B1
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shaft
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박종윤
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은, 엔진에서 제공되는 회전력이 제1클러치 및 제2클러치를 통해 단속되며, 상호 간에 동심축을 이루면서 회전 가능하게 설치된 제1입력축 및 제2입력축; 상기 제1입력축과 동심축을 이루면서 회전 가능하게 설치된 제3입력축; 상기 제1입력축과 제2입력축 또는 제3입력축을 선택적으로 결합시켜, 제1입력축에 제공되는 회전력을 제2입력축 또는 제3입력축으로 전달하는 경로선택수단; 세 개의 회전요소가 함께 회전 가능하게 설치되며, 모터 또는 엔진에서 제공되는 회전력이 제2회전요소를 통해 선택적으로 입력되며, 체결수단에 의한 제1회전요소의 선택적인 단속조작에 따라 입력된 회전력을 두 개의 변속비로 출력 가능하게 구성한 유성기어장치; 상기 제2입력축 및 제3입력축과 나란하게 배치된 제1출력축; 및 상기 제2입력축 및 제3입력축과 상기 제1출력축에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝이 치합되어 마련되며, 단속장치에 의해 주행속도에 맞는 기어짝을 선택하여 제2입력축 또는 제3입력축으로부터 전달되는 회전력을 제1출력축에 변속하여 전달하는 변속단기어장치;를 포함하여 구성되는 하이브리드 차량용 파워트레인이 소개된다.

Description

하이브리드 차량용 파워트레인{POWERTRAIN FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량용 파워트레인에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진클러치를 제거하고, 유성기어장치와 변속단 형성을 위한 기어짝의 조합을 통해 기어짝의 개수를 줄여 변속기의 원가 및 중량을 저감하며, 킥다운시 목표하는 하향 변속단으로 직접 변속이 이루어져 변속 성능을 향상시키도록 한 하이브리드 차량용 파워트레인에 관한 것이다.
하이브리드 차량에 있어, 병렬형 타입의 구조는 모터의 장착 위치에 따라 FMED(Flywheel Mounted Electric Device)방식과, TMED(Transmission Mounted Electric Device)방식으로 구분된다.
도 1은 종래 기술에 의한 TMED방식의 하이브리드 시스템을 나타낸 것으로, 모터가 변속기 측에 장착되는 구조로서, 모터의 회전력만으로 주행이 가능한 EV모드의 구현이 가능하다.
상기한 EV모드에서는 차량의 출발시나 저속 주행구간에서 모터의 동력만으로 주행하게 되는데, 이때 엔진과 모터 사이에 설치된 엔진클러치는 차단되는바, 모터의 회전력이 휠에 전달되어 차량을 주행하게 된다.
그리고, HEV모드에서는 엔진의 동력과 모터의 동력을 함께 구동하여 주행하는 것으로, EV모드에서 주행 중 HEV모드로 전환시 엔진동력이 연결되는 순간 큰 쇼크가 발생하는 것을 방지하기 위해 엔진 시동 후에 엔진과 모터의 회전수를 동기화시키고, 이어서 엔진클러치를 연결하게 되는바, 모터와 엔진이 부드럽게 연결되도록 제어하게 된다.
그러나, 상기한 종래의 하이브리드 파워트레인 구조는 엔진클러치가 엔진과 모터 사이에 추가적으로 배치됨으로써, 패키지 및 원가 측면에서 불리한 문제가 있었다.
또한, 수동변속 매커니즘의 AMT 및 DCT가 탑재된 차량의 경우, 각 변속단 형성을 위한 외접기어짝이 변속단별로 마련됨으로써, 원가 및 중량과 패키지 측면에서 불리한 것은 물론, 킥다운시 순차적으로 변속(예 : 4단 → 3단 → 2단, 3단 → 2단 → 1단)이 이루어지기 때문에 변속 반응 속도가 딜레이되어 변속 응답성능이 저하되는 문제도 있다.
그리고, 저속 및 발진 상황에서 주로 EV모드로 주행하게 되는바, EV모드에서의 주행 구간이 상대적으로 짧아 연비 향상에 제한적인 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 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 10-2008-0033700 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 엔진클러치를 제거하고, 유성기어장치와 변속단 형성을 위한 기어짝의 조합을 통해 기어짝의 개수를 줄여 변속기의 원가 및 중량을 저감하도록 한 하이브리드 차량용 파워트레인을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 킥다운시 목표하는 하향 변속단으로 직접 변속이 이루어져 변속 성능을 향상시키도록 한 하이브리드 차량용 파워트레인을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엔진에서 제공되는 회전력이 제1클러치 및 제2클러치를 통해 단속되며, 상호 간에 동심축을 이루면서 회전 가능하게 설치된 제1입력축 및 제2입력축; 상기 제1입력축과 동심축을 이루면서 회전 가능하게 설치된 제3입력축; 상기 제1입력축과 제2입력축 또는 제3입력축을 선택적으로 결합시켜, 제1입력축에 제공되는 회전력을 제2입력축 또는 제3입력축으로 전달하는 경로선택수단; 제1,2,3회전요소가 함께 회전 가능하게 설치되며, 모터 또는 엔진에서 제공되는 회전력이 제2회전요소를 통해 선택적으로 입력되며, 체결수단에 의한 제1회전요소의 선택적인 단속조작에 따라 입력된 회전력을 두 개의 변속비로 출력 가능하게 구성한 유성기어장치; 상기 제2입력축 및 제3입력축과 나란하게 배치된 제1출력축; 및 상기 제2입력축 및 제3입력축과 상기 제1출력축에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝이 치합되어 마련되며, 단속장치에 의해 주행속도에 맞는 기어짝을 선택하여 제2입력축 또는 제3입력축으로부터 전달되는 회전력을 제1출력축에 변속하여 전달하는 변속단기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2입력축 및 제3입력축과 나란하게 배치된 제2출력축;을 더 포함하며, 상기 변속단기어장치에는 상기 제2입력축 및 제3입력축과 상기 제2출력축에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝이 치합되어 마련되며, 주행속도에 맞는 기어짝을 선택하도록 단속장치가 설치될 수 있다.
상기 제2입력축 및 제3입력축은 중공축으로 형성되어, 상기 제1입력축에 삽입되는 형상으로 구비되며; 상기 제3입력축은 제2입력축과 마주하도록 배치되고; 상기 경로선택수단은, 상기 제2입력축과 제3입력축 사이에서 상기 제1입력축에 상대 회전이 구속된 상태로 설치될 수 있다.
상기 경로선택수단은, 동기치합식 싱크로기구일 수 있다.
상기 유성기어장치는 제1입력축과 동심축을 이루어 배치되며; 상기 유성기어장치에서, 상기 제1회전요소는 체결수단과 연결되어 고정요소로 작동되며; 상기 제2회전요소는 제1입력축과 연결되어 입력요소로 작동되며; 상기 제3회전요소는 제3입력축과 연결되어 출력요소로 작동되도록 구성될 수 있다.
상기 제1회전요소는 선기어이며, 상기 제2회전요소는 캐리어이고, 상기 제3회전요소는 링기어일 수 있다.
상기 제1입력축의 일단에 제1클러치 및 제2클러치가 배치되며; 상기 모터는 상기 제1입력축의 타단에 배치될 수 있다.
상기 체결수단은 선택적인 단속조작에 따라 상기 선기어를 선택적으로 제동하도록 구성될 수 있다.
상기 체결수단은 변속기하우징의 내면과 선기어 사이에 체결 가능하게 구비될 수 있다.
상기 체결수단은 브레이크일 수 있다.
상기 변속단기어장치에서, 1단 구현을 위한 기어짝과, 3단 구현을 위한 기어짝은 서로 다른 입력축 및 출력축에 각각 구비되며; 2단 구현을 위한 기어짝과, 4단 구현을 위한 기어짝은 서로 다른 입력축 및 출력축에 각각 구비될 수 있다.
1단 구현을 위한 기어짝은 제2입력축 및 제1출력축에 치합되어 마련되되, 3단 구현을 위한 기어짝은 제3입력축 및 제2출력축에 치합되어 마련되며; 2단 구현을 위한 기어짝은 제3입력축 및 제2출력추에 치합되어 마련되되, 4단 구현을 위한 기어짝은 제2입력축 및 제1출력축에 치합되어 마련될 수 있다.
두 개의 변속단 구현을 위한 기어짝이 하나의 기어짝을 공용하여 변속단을 형성하되, 유성기어장치에서 출력되는 변속비에 따라 상기 기어짝을 통해 변속비를 달리하여 출력하도록 구성될 수 있다.
2단 구현을 위한 기어짝 및 3단 구현을 위한 기어짝은 하나의 기어짝을 공용하여 변속단을 형성하며; 5단 구현을 위한 기어짝 및 7단 구현을 위한 기어짝은 하나의 기어짝을 공용하여 변속단을 형성하도록 구성될 수 있다.
2단 구현을 위한 기어짝 및 3단 구현을 위한 공용의 기어짝은 제3입력축 및 제2출력축에 치합되어 마련되며; 5단 구현을 위한 기어짝 및 7단 구현을 위한 공용의 기어짝은 제3입력축 및 제1출력축에 치합되어 마련될 수 있다.
상기 제2입력축과 나란하게 배치된 후진아이들러축; 상기 아이들러축에 회전 가능하게 구비된 후진아이들러기어; 상기 제1출력축에 구비되며, 상기 후진아이들러기어와 치합되어 마련된 후진출력기어;를 더 포함할 수 있다.
상기 후진아이들러기어는 상기 변속단기어장치에 마련된 기어짝 중 어느 하나의 입력기어에 치합되도록 구성될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 유성기어장치를 통해 서로 다른 2개의 변속비를 선택적으로 제공하여 하나의 기어짝에서 2개의 변속단을 형성하게 됨으로써, 일부 변속단 형성을 위한 기어짝의 제거가 가능하고, 또한 모터가 변속기 후미에 설치되어 엔진클러치의 제거가 가능함으로써, 변속기의 중량 및 원가를 절감하고, 패키지 측면에서 유리한 효과가 있다.
또한, 킥다운 변속시, 3단에서 1단 또는 4단에서 2단으로 직접 변속이 이루어지게 됨으로써, 킥다운 변속성능이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 하이브리드 파워트레인 시스템의 구조를 도식화하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 파워트레인 시스템의 구조를 도식화하여 나타낸 도면.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 1단에서 2단 변속과정을 설명하기 위한 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 2단에서 3단 변속과정을 설명하기 위한 도면.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 의한 3단에서 4단 변속과정을 설명하기 위한 도면.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 의한 4단에서 5단 변속과정을 설명하기 위한 도면.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 의한 5단에서 6단 변속과정을 설명하기 위한 도면.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 의한 6단에서 7단 변속과정을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명에 의한 R단에서의 동력 전달경로를 나타낸 도면.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명에 의한 킥다운 변속시 3단에서 1단으로 직접 변속되는 변속과정을 설명하기 위한 도면.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명에 의한 킥다운 변속시 4단에서 2단으로 직접 변속되는 변속과정을 설명하기 위한 도면.
도 12a 내지 도 12h는 본 발명에 의한 EV모드에서 형성 가능한 변속단 별 동력 전달경로를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명에 의한 HEV모드에서의 동력 전달경로의 예시를 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 파워트레인 시스템의 구조를 도식화하여 나타낸 도면이다.
본 발명의 하이브리드 차량용 파워트레인은 크게, 제1입력축(INPUT1) 및 제2입력축(INPUT2), 제3입력축(INPUT3), 경로선택수단(15), 유성기어장치(PG), 제1출력축(OUTPUT1) 및 변속단기어장치를 포함하여 구성된다.
도 2를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 엔진(11)에서 제공되는 회전력이 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)를 통해 단속되며, 상호 간에 동심축을 이루면서 회전 가능하게 설치된 제1입력축(INPUT1) 및 제2입력축(INPUT2); 상기 제1입력축(INPUT1)과 동심축을 이루면서 회전 가능하게 설치된 제3입력축(INPUT3); 상기 제1입력축(INPUT1)과 제2입력축(INPUT2) 또는 제3입력축(INPUT3)을 선택적으로 결합시켜, 제1입력축(INPUT1)에 제공되는 회전력을 제2입력축(INPUT2) 또는 제3입력축(INPUT3)으로 전달하는 경로선택수단(15); 제1,2,3회전요소가 함께 회전 가능하게 설치되며, 모터(13) 또는 엔진(11)에서 제공되는 회전력이 제2회전요소를 통해 선택적으로 입력되며, 체결수단(19)에 의한 제1회전요소의 선택적인 단속조작에 따라 입력된 회전력을 두 개의 변속비로 출력 가능하게 구성한 유성기어장치(PG); 상기 제2입력축(INPUT2) 및 제3입력축(INPUT3)과 나란하게 배치된 제1출력축(OUTPUT1); 및 상기 제2입력축(INPUT2) 및 제3입력축(INPUT3)과 상기 제1출력축(OUTPUT1)에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝(GP)이 치합되어 마련되며, 단속장치(17)에 의해 주행속도에 맞는 기어짝(GP)을 선택하여 제2입력축(INPUT2) 또는 제3입력축(INPUT3)으로부터 전달되는 회전력을 제1출력축(OUTPUT1)에 변속하여 전달하는 변속단기어장치;를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 유성기어장치(PG)의 제1회전요소의 선택적인 단속조작에 따라 상기 유성기어장치(PG)를 통해 서로 다른 2개의 변속비를 선택적으로 제공하여 제1입력축(INPUT1) 및/또는 제3입력축(INPUT3)에 전달되고, 이처럼 전달된 회전력이 상기 유성기어장치(PG)와 연결된 하나의 기어짝(GP)에서 2개의 변속단을 형성하게 됨으로써, 기존의 변속단 형성을 위한 두 개의 기어짝(GP) 중 하나의 기어짝(GP)의 제거가 가능한 바, 변속기의 중량 및 원가를 절감하고, 패키지 측면에서 유리한 장점이 있다.
또한, 경로선택수단(15)을 통해 모터(13)의 동력을 제2입력축(INPUT2) 또는 제3입력축(INPUT3)으로 선택적으로 전달함으로써, EV모드로 주행 가능한 변속단의 수를 증가시켜 연비를 향상시키게 된다.
본 발명은, 상기 제2입력축(INPUT2) 및 제3입력축(INPUT3)과 나란하게 배치된 제2출력축(OUTPUT2);을 더 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 변속단기어장치에는 상기 제2입력축(INPUT2) 및 제3입력축(INPUT3)과 상기 제2출력축(OUTPUT2)에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝(GP)이 치합되어 마련되며, 주행속도에 맞는 기어짝(GP)을 선택하도록 단속장치(17)가 설치될 수 있다.
여기서, 상기 단속장치(17)는 동기치합식 싱크로기구일 수 있다.
또한, 상기 제2입력축(INPUT2) 및 제3입력축(INPUT3)은 중공축으로 형성되어, 상기 제1입력축(INPUT1)에 삽입되는 형상으로 구비되며; 상기 제3입력축(INPUT3)은 제2입력축(INPUT2)과 마주하도록 배치될 수 있다.
그리고, 상기 경로선택수단(15)은, 상기 제2입력축(INPUT2)과 제3입력축(INPUT3) 사이에서 상기 제1입력축(INPUT1)에 상대 회전이 구속된 상태로 설치될 수 있다.
여기서, 상기 경로선택수단(15)은, 동기치합식 싱크로기구일 수 있다.
즉, 상기 경로선택수단(15)은 상기 제1입력축(INPUT1)에 구속되어 함께 회전되며, 주행모드 및 주행속도 등의 조건에 따라 제2입력축(INPUT2) 및 제3입력축(INPUT3)과 결합될 수 있다.
그리고, 상기 제2입력축(INPUT2) 및 제1출력축(OUTPUT1)에는 1단 변속단 및 4단 변속단 구현을 위한 기어짝(GP)이 치합되어 마련되고, 제3입력축(INPUT3) 및 제1출력축(OUTPUT1)에는 5단 및 7단 변속단 구현을 위한 기어짝(GP)이 마련되며, 제2입력축(INPUT2) 및 제3입력축(INPUT3)과 제2출력축(OUTPUT2)에는 2단 및 3단 변속단 구현을 위한 기어짝(GP)과, 6단 변속단 구현을 위한 기어짝(GP)이 각각 치합되어 마련될 수 있다.
아울러, 본 발명의 상기 유성기어장치(PG)는 제1입력축(INPUT1)과 동심축을 이루어 배치될 수 있으며, 바람직하게는 상기 유성기어장치(PG)가 중공축을 이루어 상기 제1입력축(INPUT1)의 타단이 삽입될 수 있다.
특히, 상기 유성기어장치(PG)에서, 상기 제1회전요소는 체결수단(19)과 연결되어 고정요소로 작동되며; 상기 제2회전요소는 제1입력축(INPUT1)과 연결되어 입력요소로 작동되며; 상기 제3회전요소는 제3입력축(INPUT3)과 연결되어 출력요소로 작동되도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1회전요소는 선기어(S)이며, 상기 제2회전요소는 캐리어(Cr)이고, 상기 제3회전요소는 링기어(R)일 수 있는 것으로, 상기 유성기어장치(PG)는 싱글피니언 유성기어장치일 수 있다.
또한, 상기 제1입력축(INPUT1)의 일단에 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)가 배치되며; 상기 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)로 엔진(11)이 회전력이 제공될 수 있다.
그리고, 상기 모터(13)는 상기 유성기어장치(PG)를 감싸는 형상으로 배치될 수 있으며, 상기 제1입력축(INPUT1)의 타단에서 동심축을 이루어 배치될 수 있다.
즉, 상기 모터(13)가 변속기 후미에 설치됨으로써, 기존의 엔진(11)과 모터(13) 사이에 배치되어 동력을 단속하는 엔진클러치가 불필요한바, 패키지는 물론 원가 및 중량 측면에서 유리한 장점이 있다.
그리고, 본 발명에서 상기 체결수단(19)은, 단속조작에 따라 상기 선기어(S)를 선택적으로 제동하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 체결수단(19)은 변속기하우징(29)의 내면과 선기어(S) 사이에 체결 가능하게 구비될 수 있다. 여기서, 상기 체결수단(19)은 마찰에 의해 체결 가능한 브레이크일 수 있다.
즉, 상기 엔진(11) 및/또는 모터(13)의 동력을 이용한 차량의 주행 중, 일부 변속과정에서 체결수단(19)에 의한 단속 조작을 통해 변속이 이루어지도록 제어하게 된다.
본 발명은, 상기 변속단기어장치에서, 1단 구현을 위한 기어짝(GP)과, 3단 구현을 위한 기어짝(GP)은 서로 다른 입력축 및 출력축에 각각 구비되며; 2단 구현을 위한 기어짝(GP)과, 4단 구현을 위한 기어짝(GP)은 서로 다른 입력축 및 출력축에 각각 구비될 수 있다.
바람직하게는, 1단 구현을 위한 기어짝(GP)은 제2입력축(INPUT2) 및 제1출력축(OUTPUT1)에 치합되어 마련되되, 3단 구현을 위한 기어짝(GP)은 제3입력축(INPUT3) 및 제2출력축(OUTPUT2)에 치합되어 마련될 수 있다.
그리고, 2단 구현을 위한 기어짝(GP)은 제3입력축(INPUT3) 및 제2출력추에 치합되어 마련되되, 4단 구현을 위한 기어짝(GP)은 제2입력축(INPUT2) 및 제1출력축(OUTPUT1)에 치합되어 마련될 수 있다.
즉, 킥다운 변속시, 3단 및 1단 구현을 위한 입력축이 서로 다르고, 4단 및 2단 구현을 위한 입력축이 서로 다르므로, 3단에서 2단을 거쳐 1단으로 순차적으로 변속되거나 혹은 4단에서 3단을 거쳐 2단으로 순차적으로 변속되지 않고, 3단에서 1단 또는 4단에서 2단으로 직접 변속이 이루어지게 되는바, 킥다운 변속성능이 향상되는 것이다.
그리고, 본 발명에서, 두 개의 변속단 구현을 위한 기어짝(GP)이 하나의 기어짝(GP)을 공용하여 변속단을 형성하되, 유성기어장치(PG)에서 출력되는 변속비에 따라 상기 기어짝(GP)을 통해 변속비를 달리하여 출력하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 2단 구현을 위한 기어짝(GP) 및 3단 구현을 위한 기어짝(GP)은 하나의 기어짝(GP)을 공용하여 변속단을 형성하며; 5단 구현을 위한 기어짝(GP) 및 7단 구현을 위한 기어짝(GP)은 하나의 기어짝(GP)을 공용하여 변속단을 형성하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 2단 구현을 위한 기어짝(GP) 및 3단 구현을 위한 공용의 기어짝(GP)은 제3입력축(INPUT3) 및 제2출력축(OUTPUT2)에 치합되어 마련될 수 있으며; 5단 구현을 위한 기어짝(GP) 및 7단 구현을 위한 공용의 기어짝(GP)은 제3입력축(INPUT3) 및 제1출력축(OUTPUT1)에 치합되어 마련될 수 있다.
즉, 상기 유성기어장치(PG)에서 제공되는 2개의 기어비에 따라, 하나의 기어짝(GP)에서 서로 다른 2개의 변속비를 구현할 수 있으므로, 전진단 변속단 형성을 위한 기어짝(GP)의 수를 감소시켜 변속기의 원가 및 중량을 저감하게 되는 것이다.
본 발명에서, R단을 형성하기 위한 구성으로, 상기 제2입력축(INPUT2)과 나란하게 배치된 후진아이들러축(23); 상기 아이들러축에 회전 가능하게 구비된 후진아이들러기어(25); 상기 제1출력축(OUTPUT1)에 구비되며, 상기 후진아이들러기어(25)와 치합되어 마련된 후진출력기어(27);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 후진아이들러기어(25)는 상기 변속단기어장치에 마련된 기어짝(GP) 중 어느 하나의 입력기어에 치합되어 입력기어를 공용하도록 구성될 수 있다.
일례로, 상기 후진아이들러기어(25)는 후진출력기어(27)와 치합되면서 6단 구현을 위한 기어짝(GP)의 입력기어와 치합되도록 구성될 수 있는 것으로, 상기 6단 구현을 위한 입력기어는 6단 변속단과, R단 변속단을 형성하기 위해 공용으로 사용될 수 있다.
즉, 상기 엔진(11) 또는 모터(13)에서 제공되는 회전력이 6단 구현을 위한 입력기어 및 후진아이들러기어(25)를 통해 후진출력기어(27)에 전달되면서 R단을 형성할 수 있다.
본 발명에 하이브리드 차량용 파워트레인을 통한 변속단에서의 동력흐름 및 변속작용을 살펴보기로 한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 1단에서 2단 변속과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 엔진(11)에서 제공되는 동력이 제2클러치(C2)를 통해 제2입력축(INPUT2)에 전달되면서, 제2입력축(INPUT2) 및 제1출력축(OUTPUT1)에 마련된 1단 기어짝(GP)을 통해 1단을 형성하여 1속으로 주행할 수 있게 된다.
이어서, 1단에서 2단으로 변속하기 위해서는, 2단 구현을 위한 단속장치(17)를 미리 2단 기어짝(GP)에 치합함과 동시에, 경로선택수단(15)에 의해 제1입력축(INPUT1)과 제3입력축(INPUT3)을 치합한다.
그리고, 제2클러치(C2)를 해제하면서 제1클러치(C1)를 체결하도록 핸드오버 제어함으로써, 제1입력축(INPUT1)으로 전달되는 엔진(11)의 회전력이 경로선택수단(15)을 통해 제3입력축(INPUT3) 및 제2출력축(OUTPUT2)에 마련된 2단 기어짝(GP)으로 전달되어 변속이 완료되면서, 2속으로 주행할 수 있게 된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 2단에서 3단 변속과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 2단에서 3단으로 변속하기 위해서는, 경로선택수단(15)에 의한 제1입력축(INPUT1) 및 제3입력축(INPUT3)의 체결을 해제하면서, 체결수단(19)을 통해 선기어(S)를 제동한다. 그러면, 엔진(11)에서 제공되는 회전력이 캐리어(Cr)를 통해 입력됨과 동시에 링기어(R)를 통해 증속되어 출력되면서 상기 링기어(R)와 연결된 3단 기어짝(GP)을 통해 3속으로 주행할 수 있게 된다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 의한 3단에서 4단 변속과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 3단에서 4단으로 변속하기 위해서는, 4단 구현을 위한 단속장치(17)를 미리 4단 기어짝(GP)에 치합한다.
그리고, 제1클러치(C1)를 해제하면서 제2클러치(C2)를 체결하도록 핸드오버 제어함으로써, 제2입력축(INPUT2)으로 전달되는 엔진(11)의 회전력이 제2입력축(INPUT2) 및 제1출력축(OUTPUT1)에 마련된 4단 기어짝(GP)으로 전달되어 변속이 완료되면서, 4속으로 주행할 수 있게 된다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 의한 4단에서 5단 변속과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 4단에서 5단으로 변속하기 위해서는, 5단 구현을 위한 단속장치(17)를 미리 5단 기어짝(GP)에 치합함과 동시에, 경로선택수단(15)에 의해 제1입력축(INPUT1)과 제3입력축(INPUT3)을 미리 치합한다.
그리고, 제2클러치(C2)를 해제하면서 제1클러치(C1)를 체결하도록 핸드오버 제어함으로써, 제1입력축(INPUT1)으로 전달되는 엔진(11)의 회전력이 경로선택수단(15)을 통해 제3입력축(INPUT3) 및 제1출력축(OUTPUT1)에 마련된 5단 기어짝(GP)으로 전달되어 변속이 완료되면서, 5속으로 주행할 수 있게 된다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 의한 5단에서 6단 변속과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 5단에서 6단으로 변속하기 위해서는, 6단 구현을 위한 단속장치(17)를 미리 6단 기어짝(GP)에 치합한다.
그리고, 제1클러치(C1)를 해제하면서 제2클러치(C2)를 체결하도록 핸드오버 제어함으로써, 제2입력축(INPUT2)으로 전달되는 엔진(11)의 회전력이 제2입력축(INPUT2) 및 제2출력축(OUTPUT2)에 마련된 6단 기어짝(GP)으로 전달되어 변속이 완료되면서, 6속으로 주행할 수 있게 된다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 의한 6단에서 7단 변속과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 6단에서 7단으로 변속하기 위해서는, 체결수단(19)을 통해 선기어(S)를 제동하고, 제1클러치(C1)를 해제하면서 제2클러치(C2)를 체결하도록 핸드오버 제어한다. 그러면, 엔진(11)에서 제공되는 회전력이 캐리어(Cr)를 통해 입력됨과 동시에 링기어(R)를 통해 증속되어 출력되면서 상기 링기어(R)와 연결된 7단 기어짝(GP)을 통해 7속으로 주행할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명에 의한 R단에서의 동력 전달경로를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, R단 형성시, 후진출력기어(27)에 단속장치(17)가 미리 치합되며, 엔진(11)에서 제공되는 동력이 제2클러치(C2)를 통해 제2입력축(INPUT2)에 전달되면서, 제2입력축(INPUT2)에 마련된 6단 변속단 형성용 입력기어와, 후진아이들러축(23)에 마련된 후진아이들러기어(25) 및 제1출력축(OUTPUT1)에 마련된 후진출력기어(27)를 통해 R단을 형성하여 후진 주행할 수 있게 된다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명에 의한 킥다운 변속시 3단에서 1단으로 직접 변속되는 변속과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 3속으로 주행하는 상황에서 킥다운 변속시, 1단 구현을 위한 단속장치(17)를 미리 1단 기어짝(GP)에 치합한다.
그리고, 제1클러치(C1)를 해제하면서 제2클러치(C2)를 체결하도록 핸드오버 제어함으로써, 제2입력축(INPUT2)으로 전달되는 엔진(11)의 회전력이 제2입력축(INPUT2) 및 제1출력축(OUTPUT1)에 마련된 1단 기어짝(GP)으로 전달되어 킥다운 변속이 완료되면서, 1속으로 주행할 수 있게 된다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명에 의한 킥다운 변속시 4단에서 2단으로 직접 변속되는 변속과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 4속으로 주행하는 상황에서 킥다운 변속시, 2단 구현을 위한 단속장치(17)를 미리 2단 기어짝(GP)에 치합함과 동시에, 경로선택수단(15)에 의해 제1입력축(INPUT1)과 제3입력축(INPUT3)을 미리 치합한다.
그리고, 제2클러치(C2)를 해제하면서 제1클러치(C1)를 체결하도록 핸드오버 제어함으로써, 제1입력축(INPUT1)으로 전달되는 엔진(11)의 회전력이 경로선택수단(15)을 통해 제3입력축(INPUT3) 및 제2출력축(OUTPUT2)에 마련된 2단 기어짝(GP)으로 전달되어 킥다운 변속이 완료되면서, 2속으로 주행할 수 있게 된다.
도 12a 내지 도 12h는 본 발명에 의한 EV모드에서 형성 가능한 변속단 별 동력 전달경로를 나타낸 도면이다.
도 12a 내지 도 12h를 참조하면, 1단 내지 7단 및 R단을 형성할 수 있으며, 이 중 1단, 2단, 4단, 5단, 6단 및 R단은 경로선택수단(15)을 통해 제2입력축(INPUT2) 또는 제3입력축(INPUT3)을 제1입력축(INPUT1)과 선택적으로 체결함으로써, 해당 입력축 및 출력에 마련된 기어짝(GP)을 통해 해당 변속단을 형성할 수 있다.
여기서, 2단 및 5단의 경우에는, 경로선택수단(15)을 통해 제3입력축(INPUT3)과 제1입력축(INPUT1)이 체결됨으로써, 유성기어장치(PG)의 회전요소 중 캐리어(Cr) 및 링기어(R)가 모터(13)의 회전속도와 동기화되면서 유성기어장치(PG)가 직결되어 모터(13)의 회전속도에 맞추어 회전된다.
그리고, 3단 및 7단의 경우에는 경로선택수단(15)의 체결이 해제되면서 체결수단(19)에 의한 선기어(S)의 고정을 통해 링기어(R)로 증속되어 출력이 이루어짐으로써, 링기어(R)와 연결된 3단 또는 7단 형성용 공용 기어짝(GP)을 통해 해당 변속단을 형성할 수 있다.
도 13은 본 발명에 의한 HEV모드에서의 동력 전달경로의 예시를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 엔진(11)의 동력으로 1속으로 주행하면서, 모터(13)의 동력이 2단 기어짝(GP)을 통해 출력되도록 제어하여 엔진(11) 동력을 어시스트함으로써, HEV모드로 주행이 가능하게 된다. 여기서, 모터(13)의 동력이 1단 기어짝(GP)을 통해 출력되도록 제어하여 HEV모드의 주행이 가능할 수 있다.
또한, 도면으로 도시하지는 않았지만, 엔진(11)의 동력으로 2속 내지 7속 주행시, 모터(13)의 동력을 적절한 기어짝(GP)으로 출력되도록 제어하여 엔진(11) 동력을 어시스트함으로써, HEV모드로 주행이 가능할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
11 : 엔진 13 : 모터
15 : 경로선택수단 17 : 단속장치
19 : 체결수단 23 : 후진아이들러축
25 : 후진아이들러기어 27 : 후진출력기어
29 : 변속기하우징
INPUT1, INPUT2, INPUT3 : 제1입력축, 제2입력축, 제3입력축
OUTPUT1, OUTPUT2 : 제1출력축, 제2출력축
C1, C2 : 제1클러치, 제2클러치 GP : 기어짝
PG : 유성기어장치 S : 선기어
Cr : 캐리어 R : 링기어

Claims (17)

  1. 엔진에서 제공되는 회전력이 제1클러치 및 제2클러치를 통해 단속되며, 상호 간에 동심축을 이루면서 회전 가능하게 설치된 제1입력축 및 제2입력축;
    상기 제1입력축과 동심축을 이루면서 회전 가능하게 설치된 제3입력축;
    상기 제1입력축과 제2입력축 또는 제3입력축을 선택적으로 결합시켜, 제1입력축에 제공되는 회전력을 제2입력축 또는 제3입력축으로 전달하는 경로선택수단;
    제1,2,3회전요소가 함께 회전 가능하게 설치되며, 모터 또는 엔진에서 제공되는 회전력이 제2회전요소를 통해 선택적으로 입력되며, 체결수단에 의한 제1회전요소의 선택적인 단속조작에 따라 입력된 회전력을 두 개의 변속비로 출력 가능하게 구성한 유성기어장치;
    상기 제2입력축 및 제3입력축과 나란하게 배치된 제1출력축; 및
    상기 제2입력축 및 제3입력축과 상기 제1출력축에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝이 치합되어 마련되며, 단속장치에 의해 주행속도에 맞는 기어짝을 선택하여 제2입력축 또는 제3입력축으로부터 전달되는 회전력을 제1출력축에 변속하여 전달하는 변속단기어장치;를 포함하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2입력축 및 제3입력축과 나란하게 배치된 제2출력축;을 더 포함하며,
    상기 변속단기어장치에는 상기 제2입력축 및 제3입력축과 상기 제2출력축에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝이 치합되어 마련되며, 주행속도에 맞는 기어짝을 선택하도록 단속장치가 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2입력축 및 제3입력축은 중공축으로 형성되어, 상기 제1입력축에 삽입되는 형상으로 구비되며;
    상기 제3입력축은 제2입력축과 마주하도록 배치되고;
    상기 경로선택수단은, 상기 제2입력축과 제3입력축 사이에서 상기 제1입력축에 상대 회전이 구속된 상태로 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 경로선택수단은, 동기치합식 싱크로기구인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 유성기어장치는 제1입력축과 동심축을 이루어 배치되며;
    상기 유성기어장치에서,
    상기 제1회전요소는 체결수단과 연결되어 고정요소로 작동되며;
    상기 제2회전요소는 제1입력축과 연결되어 입력요소로 작동되며;
    상기 제3회전요소는 제3입력축과 연결되어 출력요소로 작동되도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1회전요소는 선기어이며, 상기 제2회전요소는 캐리어이고, 상기 제3회전요소는 링기어인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1입력축의 일단에 제1클러치 및 제2클러치가 배치되며;
    상기 모터는 상기 제1입력축의 타단에 배치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 체결수단은 선택적인 단속조작에 따라 상기 선기어를 선택적으로 제동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 체결수단은 변속기하우징의 내면과 선기어 사이에 체결 가능하게 구비된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 체결수단은 브레이크인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 변속단기어장치에서,
    1단 구현을 위한 기어짝과, 3단 구현을 위한 기어짝은 서로 다른 입력축 및 출력축에 각각 구비되며;
    2단 구현을 위한 기어짝과, 4단 구현을 위한 기어짝은 서로 다른 입력축 및 출력축에 각각 구비된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  12. 청구항 11에 있어서,
    1단 구현을 위한 기어짝은 제2입력축 및 제1출력축에 치합되어 마련되되, 3단 구현을 위한 기어짝은 제3입력축 및 제2출력축에 치합되어 마련되며;
    2단 구현을 위한 기어짝은 제3입력축 및 제2출력추에 치합되어 마련되되, 4단 구현을 위한 기어짝은 제2입력축 및 제1출력축에 치합되어 마련된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  13. 청구항 5에 있어서,
    두 개의 변속단 구현을 위한 기어짝이 하나의 기어짝을 공용하여 변속단을 형성하되, 유성기어장치에서 출력되는 변속비에 따라 상기 공용 기어짝을 통해 변속비를 달리하여 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  14. 청구항 13에 있어서,
    2단 구현을 위한 기어짝 및 3단 구현을 위한 기어짝은 하나의 기어짝을 공용하여 변속단을 형성하며;
    5단 구현을 위한 기어짝 및 7단 구현을 위한 기어짝은 하나의 기어짝을 공용하여 변속단을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  15. 청구항 14에 있어서,
    2단 구현을 위한 기어짝 및 3단 구현을 위한 공용의 기어짝은 제3입력축 및 제2출력축에 치합되어 마련되며;
    5단 구현을 위한 기어짝 및 7단 구현을 위한 공용의 기어짝은 제3입력축 및 제1출력축에 치합되어 마련된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  16. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2입력축과 나란하게 배치된 후진아이들러축;
    상기 아이들러축에 회전 가능하게 구비된 후진아이들러기어;
    상기 제1출력축에 구비되며, 상기 후진아이들러기어와 치합되어 마련된 후진출력기어;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 후진아이들러기어는 상기 변속단기어장치에 마련된 기어짝 중 어느 하나의 입력기어에 치합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
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