KR101551004B1 - 차량의 하이브리드 변속기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컴팩트한 구성으로 차량에의 탑재성과 제조 비용의 저감 및 차량 연비의 향상에 기여할 수 있도록 하면서도, 구현할 수 있는 변속단이 상대적으로 많고, 하나의 입력축에 모터가 연결된 구성이면서도 구비된 모든 변속단을 모터로 구동하는 EV모드가 가능하도록 한다.

Description

차량의 하이브리드 변속기{HYBRID TRANSMISSION FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 하이브리드 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진과 모터의 동력으로 구동력을 제공하는 변속기의 구조에 관한 기술이다.
차량의 하이브리드 변속기는 엔진과 모터로부터의 동력을 차량의 주행 상태에 적합하게 조합하여 구동륜으로 인출할 수 있도록 구성되어야 한다.
또한, 가급적 소요되는 부품의 수가 작고 중량이 작으며 컴팩트하게 구성되어야, 제작에 소요되는 비용이 저감되고 차량의 연비를 향상시킬 수 있으며, 차량에의 탑재성이 용이해진다. 그리고, 상기한 바와 같이 비교적 적은 부품과 중량으로 컴팩트하게 구성되어야 하면서도 가급적 다양한 변속모드를 구현할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편 2개의 클러치와 그에 따른 2개의 입력축을 가지는 DCT 구조를 기반으로 하이브리드 파워트레인을 구현하기 위해 모터를 상기 두 입력축 중 어느 하나에 연결하는 경우, 통상은 상기 모터가 연결된 입력축에 배치된 변속단들, 예컨대 홀수 변속단들만 모터에 의해 구동되는 EV모드의 구현이 가능하도록 구성된다.
그러나, 하나의 모터를 어느 한 입력축에 연결한 상태에서도 다른 입력축에 배치되는 변속단들도 EV모드로 구현될 수 있도록 하면, 차량의 주행시 변속 제어의 자유도가 상승하여 차량의 주행 성능을 향상시키고 연비를 향상시키는 데에 기여할 수 있게 된다.
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 1020080058388 A
본 발명은 컴팩트한 구성으로 차량에의 탑재성과 제조 비용의 저감 및 차량 연비의 향상에 기여할 수 있도록 하면서도, 구현할 수 있는 변속단이 상대적으로 많고, 하나의 입력축에 모터가 연결된 구성이면서도 구비된 모든 변속단을 모터로 구동하는 EV모드가 가능하도록 한 차량의 하이브리드 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 하이브리드 변속기는
제1클러치를 통해 엔진의 동력을 입력 받을 수 있도록 설치된 제1입력축과;
상기 제1입력축에 평행하게 배치되고 상기 제1입력축과는 다른 경로로 상기 엔진으로부터의 동력을 전달받도록 설치된 제2입력축과;
상기 제1입력축의 동력을 상기 제2입력축으로 선택적으로 전달할 수 있도록 구비된 동력단속장치와;
상기 제1입력축 및 제2입력축에 평행하게 배치된 출력축과;
상기 출력축에 구비된 다수의 기어들에 공통으로 외접하도록 상기 제1입력축 및 제2입력축에 배치되어 각각 하나의 변속단을 형성하도록 된 다수의 변속단기어들 및 상기 다수의 변속단기어들 각각을 상기 제1입력축 또는 제2입력축에 연결하거나 해제하도록 하는 다수의 동기장치를 구비하여 어느 한 변속단을 형성할 수 있도록 구성된 공통변속모듈과;
상기 제1입력축에 연결된 모터와;
상기 제1입력축에 구비된 한 변속단기어와 상기 제1입력축에 각각 회전요소가 하나씩 연결되고 다른 한 회전요소는 고정하는 상태를 전환할 수 있도록 된 유성기어장치;
를 포함하여 구성되되,
상기 제2입력축(IN2)은
상기 제1입력축(IN1)과 동심축으로 설치되어 상기 엔진으로부터의 동력을 제2클러치(CL2)를 통해 전달받는 제1전달기어(T1)와;
상기 제1전달기어(T1)에 치합된 제2전달기어(T2)와;
상기 제2전달기어(T2)에 치합되고 상기 제2입력축(IN2)에 일체로 설치된 제3전달기어(T3);
를 통하여 상기 엔진으로부터의 동력을 전달받도록 된 것을 특징으로 하며,상기 동력단속장치는 상기 제1입력축(IN1)에 설치되어 상기 제1전달기어(T1)와 결합되거나 해제될 수 있도록 구성된 싱크로기구인 센터동기장치(CS)로 구성된 것을 특징으로 하며,
상기 제2클러치(CL2)가 체결되지 않은 상태에서 상기 센터동기장치(CS)로 상기 제1입력축(IN1)을 상기 제1전달기어(T1)에 연결하면, 상기 제1입력축(IN1)의 동력은 상기 제1전달기어(T1)와 제2전달기어(T2) 및 제3전달기어(T3)를 통해 상기 제2입력축(IN2)으로 전달되어, 상기 제2입력축(IN2)이 제1입력축(IN1)에 연동되는 상태가 되어 상기 제1입력축(IN1)을 상기 모터(M)로 구동하고 상기 제2입력축(IN2)과 출력축(OUT) 사이에 형성된 변속단들 중 어느 하나를 선택하면, 그 변속단의 EV모드 주행이 가능하게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 컴팩트한 구성으로 차량에의 탑재성과 제조 비용의 저감 및 차량 연비의 향상에 기여할 수 있도록 하면서도, 구현할 수 있는 변속단이 상대적으로 많고, 하나의 입력축에 모터가 연결된 구성이면서도 구비된 모든 변속단을 모터로 구동하는 EV모드가 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 변속기의 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 구성에서 EV모드 1속 상태를 설명한 도면,
도 3은 도 1의 구성에서 EV모드 2속 상태를 설명한 도면,
도 4는 도 1의 구성에서 EV모드 3속으로부터 EV모드 4속으로의 변속과정을 설명한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 하이브리드 변속기의 실시예는, 제1클러치(CL1)를 통해 엔진의 동력을 입력 받을 수 있도록 설치된 제1입력축(IN1)과; 상기 제1입력축(IN1)에 평행하게 배치되고 상기 제1입력축(IN1)과는 다른 경로로 상기 엔진으로부터의 동력을 전달받도록 설치된 제2입력축(IN2)과; 상기 제1입력축(IN1)의 동력을 상기 제2입력축(IN2)으로 선택적으로 전달할 수 있도록 구비된 동력단속장치와; 상기 제1입력축(IN1) 및 제2입력축(IN2)에 평행하게 배치된 출력축(OUT)과; 상기 출력축(OUT)에 구비된 다수의 기어들에 공통으로 외접하도록 상기 제1입력축(IN1) 및 제2입력축(IN2)에 배치되어 각각 하나의 변속단을 형성하도록 된 다수의 변속단기어들 및 상기 다수의 변속단기어들 각각을 상기 제1입력축(IN1) 또는 제2입력축(IN2)에 연결하거나 해제하도록 하는 다수의 동기장치를 구비하여 어느 한 변속단을 형성할 수 있도록 구성된 공통변속모듈(MD)과; 상기 제1입력축(IN1)에 연결된 모터(M)와; 상기 제1입력축(IN1)에 구비된 한 변속단기어와 상기 제1입력축(IN1)에 각각 회전요소가 하나씩 연결되고 다른 한 회전요소는 고정하는 상태를 전환할 수 있도록 된 유성기어장치(PG)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명 실시예는 상기 공통변속모듈(MD)에서 출력축(OUT)에 구비된 하나의 기어에 대하여 제1입력축(IN1)과 제2입력축(IN2)에 각각 하나씩의 변속단기어가 치합되어 2개의 서로 다른 변속단을 형성하도록 함으로써 일반적으로 외접기어 한 쌍이 하나의 변속단을 형성하는 것보다 소요되는 기어의 개수를 줄일 수 있도록 하면서, 또한 상기 유성기어장치(PG)를 사용하여 상기 제1입력축(IN1)에 배치된 하나의 변속단기어는 또 다른 하나의 변속단을 더 구현할 수 있도록 구성함으로써, 소요되는 축의 개수 및 부품들의 개수를 축소하면서도 상대적으로 많은 변속단을 구현할 수 있도록 함에 의해 컴팩트하고 중량이 작은 탑재성 좋은 변속기를 제공함과 아울러 차량의 연비 향상에 크게 기여할 수 있도록 한 것이다.
상기 제2입력축(IN2)은 상기 제1입력축(IN1)과 동심축으로 설치되어 상기 엔진으로부터의 동력을 제2클러치(CL2)를 통해 전달받는 제1전달기어(T1)와, 상기 제1전달기어(T1)에 치합된 제2전달기어(T2)와, 상기 제2전달기어(T2)에 치합되고 상기 제2입력축(IN2)에 일체로 설치된 제3전달기어(T3)를 통하여 상기 엔진으로부터의 동력을 전달받도록 구성되어 있다.
상기 동력단속장치는 상기 제1입력축(IN1)에 설치되어 상기 제1전달기어(T1)와 결합되거나 해제될 수 있도록 구성된 싱크로기구인 센터동기장치(CS)로 구성된다.
따라서, 상기 제2클러치(CL2)가 체결되지 않은 상태에서 상기 센터동기장치(CS)로 상기 제1입력축(IN1)을 상기 제1전달기어(T1)에 연결하면, 상기 제1입력축(IN1)의 동력은 상기 제1전달기어(T1)와 제2전달기어(T2) 및 제3전달기어(T3)를 통해 상기 제2입력축(IN2)으로 전달되어, 결과적으로 제2입력축(IN2)이 제1입력축(IN1)에 연동되는 상태가 된다.
이때, 상기 제1입력축(IN1)을 상기 모터(M)로 구동하고 상기 제2입력축(IN2)과 출력축(OUT) 사이에 형성된 변속단들 중 어느 하나를 선택하면, 그 변속단의 EV모드 주행이 가능하게 되는 것이다.
본 실시예에서, 상기 제1입력축(IN1)과 출력축(OUT) 사이에는 일련의 변속단들 중 홀수단들이 배치되고, 상기 제2입력축(IN2)과 출력축(OUT) 사이에는 일련의 변속단들 중 짝수단들이 배치된다.
상기 유성기어장치(PG)는 선기어(S)가 상기 제1입력축(IN1)에 연결되고, 캐리어(C)가 3단변속단기어에 연결되며, 링기어(R)는 고정 가능하도록 구성되며, 상기 유성기어장치(PG)의 링기어(R)는 싱크로기구인 고정동기장치(FS)에 의해 고정 가능하게 설치되는 구성이다.
상기 3단변속단기어는 1단을 구현하는 데에 겸용으로 사용되는 바, 도 2의 상태에서 만약 상기 고정동기장치(FS)로 상기 유성기어장치(PG)의 링기어(R)를 고정시키면, 상기 제1입력축(IN1)과 일체인 선기어(S)의 회전력이 상기 캐리어(C)로 감속되어 상기 3단변속단기어(3D)를 구동시킴에 따라 1단의 변속단이 출력축(OUT)으로 인출되게 되고, 상기 링기어(R)를 해제시킨 상태에서는 상기 유성기어장치(PG)를 통해서는 상기 3단변속단기어(3D)에 동력이 제공되지 않으므로 3＆7단동기장치(3＆7S)로 3단변속단기어(3D)를 상기 제1입력축(IN1)에 연결하면 3단 변속단이 구현되는 것이다.
나머지 변속단의 구현은 종래 통상의 DCT와 거의 동일하게 해당 변속단의 동기장치를 체결하고 해당 변속단이 속한 클러치를 체결하여 구현하므로 자세한 설명은 생략하고, 이후에는 본 발명에 의해 구현되는 EV모드들에 대하여 설명한다.
도 2는 모터(M)에 의해 구동되는 EV모드 1속의 상태를 도시한 것으로서, 상기한 바와 같이 상기 고정동기장치(FS)로 상기 링기어(R)를 고정시킨 상태에서 상기 모터(M)를 구동하면, 상기 선기어(S)의 회전력이 상기 캐리어(C)로 감속되어 상기 3단변속단기어(3D)를 구동시켜서 1단의 동력이 출력축(OUT)으로 인출되게 되며, 물론 이때 상기 3＆7단동기장치(3＆7S)는 중립상태이다.
도 3은 모터(M)에 의해 구동되는 EV모드 2속의 상태를 도시한 것으로서, 상기 센터동기장치(CS)로 상기 제1입력축(IN1)을 제1전달기어(T1)에 연결함으로써, 모터(M)의 구동력을 상기 제2입력축(IN2)으로 전달되도록 하며, 2＆6단동기장치(2＆6S)로 2단구동기어를 상기 제2입력축(IN2)과 연결함에 의해 2단 동력이 출력축(OUT)으로 인출되는 것이다.
도 4는 EV모드 3속의 상태로부터 EV모드 4속의 상태로 변속하는 과정을 설명한 것으로서, 이는 다른 변속단에도 공통되게 적용될 수 있는 것이다.
A상태는 EV모드 3속 상태로서, 3＆7단동기장치(3＆7S)가 3단변속단기어(3D)를 제1입력축(IN1)에 연결하고 있는 상태에서, 상기 모터(M)가 제1입력축(IN1)을 구동함에 의해 3단의 동력이 출력축(OUT)으로 인출되고 있는 상황이다.
B상태는 A상태를 유지하면서 4단동기장치(4S)로 4단변속단기어(4D)를 상기 제2입력축(IN2)에 연결시킨다.
C상태는 제2클러치(CL2)를 체결하여 엔진의 동력이 상기 제1전달기어(T1)와, 제2전달기어(T2) 및 제3전달기어(T3)를 통해 상기 제2입력축(IN2)으로 제공되도록 함으로써, 출력축(OUT)으로는 모터(M)로부터의 3속 동력과 엔진으로부터의 4속 동력이 합쳐져서 제공되는 상태가 된다.
D상태는 상기 3＆7단동기장치(3＆7S)를 중립으로하여 3단변속단기어(3D)를 해제하고, 상기 모터(M)를 구동하여 상기 센터동기장치(CS)와 제1전달기어(T1)의 속도를 동기시킨 후, 상기 센터동기장치(CS)를 체결하여, 상기 제1입력축(IN1)을 상기 제2입력축(IN2)과 연동시킨다.
E상태는 상기 D상태로부터 제2클러치(CL2)를 해제하고, 상기 모터(M)로 4속 주행에 필요한 동력을 발생시킴에 의해 EV모드 4속 상태가 구현되는 것이다.
상기와 같이 제어하면 EV모드 3속으로부터 EV모드 4속으로의 변속시에 출력축(OUT)으로 지속적으로 토크가 전달되도록 하여 토크 단절 현상 없이 변속이 이루어져서, 변속감이 우수하게 확보될 수 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.
CL1; 제1클러치
IN1; 제1입력축
IN2; 제2입력축
OUT; 출력축
MD; 공통변속모듈
M; 모터
PG; 유성기어장치
CL2; 제2클러치
T1; 제1전달기어
T2; 제2전달기어
T3; 제3전달기어
CS; 센터동기장치
S; 선기어
C; 캐리어
R; 링기어
FS; 고정동기장치
3D; 3단변속단기어
3＆7S; 3＆7단동기장치
2＆6S; 2＆6단동기장치
4S; 4단동기장치
4D; 4단변속단기어

Claims (6)

  1. 제1클러치(CL1)를 통해 엔진의 동력을 입력 받을 수 있도록 설치된 제1입력축(IN1)과;
    상기 제1입력축(IN1)에 평행하게 배치되고 상기 제1입력축(IN1)과는 다른 경로로 엔진으로부터의 동력을 전달받도록 설치된 제2입력축(IN2)과;
    상기 제1입력축(IN1)의 동력을 상기 제2입력축(IN2)으로 선택적으로 전달할 수 있도록 구비된 동력단속장치와;
    상기 제1입력축(IN1) 및 제2입력축(IN2)에 평행하게 배치된 출력축(OUT)과;
    상기 출력축(OUT)에 구비된 다수의 기어들에 공통으로 외접하도록 상기 제1입력축(IN1) 및 제2입력축(IN2)에 배치되어 각각 하나의 변속단을 형성하도록 된 다수의 변속단기어들 및 상기 다수의 변속단기어들 각각을 상기 제1입력축(IN1) 또는 제2입력축(IN2)에 연결하거나 해제하도록 하는 다수의 동기장치를 구비하여 어느 한 변속단을 형성할 수 있도록 구성된 공통변속모듈(MD)과;
    상기 제1입력축(IN1)에 연결된 모터(M)와;
    상기 제1입력축(IN1)에 구비된 한 변속단기어와 상기 제1입력축(IN1)에 각각 회전요소가 하나씩 연결되고 다른 한 회전요소는 고정하는 상태를 전환할 수 있도록 된 유성기어장치(PG); 를 포함하여 구성되되,
    상기 제2입력축(IN2)은
    상기 제1입력축(IN1)과 동심축으로 설치되어 상기 엔진으로부터의 동력을 제2클러치(CL2)를 통해 전달받는 제1전달기어(T1)와;
    상기 제1전달기어(T1)에 치합된 제2전달기어(T2)와;
    상기 제2전달기어(T2)에 치합되고 상기 제2입력축(IN2)에 일체로 설치된 제3전달기어(T3);
    를 통하여 상기 엔진으로부터의 동력을 전달받도록 된 것을 특징으로 하며,상기 동력단속장치는 상기 제1입력축(IN1)에 설치되어 상기 제1전달기어(T1)와 결합되거나 해제될 수 있도록 구성된 싱크로기구인 센터동기장치(CS)로 구성된 것을 특징으로 하며,
    상기 제2클러치(CL2)가 체결되지 않은 상태에서 상기 센터동기장치(CS)로 상기 제1입력축(IN1)을 상기 제1전달기어(T1)에 연결하면, 상기 제1입력축(IN1)의 동력은 상기 제1전달기어(T1)와 제2전달기어(T2) 및 제3전달기어(T3)를 통해 상기 제2입력축(IN2)으로 전달되어, 상기 제2입력축(IN2)이 제1입력축(IN1)에 연동되는 상태가 되어 상기 제1입력축(IN1)을 상기 모터(M)로 구동하고 상기 제2입력축(IN2)과 출력축(OUT) 사이에 형성된 변속단들 중 어느 하나를 선택하면, 그 변속단의 EV모드 주행이 가능하게 되는 것을 특징으로 하는, 차량의 하이브리드 변속기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1입력축(IN1)과 출력축(OUT) 사이에는 일련의 변속단들 중 홀수단들이 배치되고;
    상기 제2입력축(IN2)과 출력축(OUT) 사이에는 일련의 변속단들 중 짝수단들이 배치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 변속기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 유성기어장치(PG)는 선기어(S)가 상기 제1입력축(IN1)에 연결되고, 캐리어(C)가 3단변속단기어(3D)에 연결되며, 링기어(R)는 고정 가능하도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 변속기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 유성기어장치(PG)의 링기어(R)는 싱크로기구인 고정동기장치(FS)에 의해 고정 가능하게 설치되는 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 변속기.
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