KR101558691B1 - 하이브리드 파워트레인 및 그 hev-hv 구동력모드 전환 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 파워트레인 및 그 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 관한 것으로, 유성기어?과, 유성기어?에 구비된 링기어로부터 회전력을 전달받을 수 있도록 링기어와 연결된 제네레이터와, 유성기어?에 구비된 캐리어로 회전력을 전달할 수 있도록 캐리어와 연결된 엔진출력축과, 엔진출력축과 동축상에 위치된 입력축과, 캐리어를 입력축과 선택적으로 연결하는 직결클러치와, 직결클러치와 동축상에 위치되며, 링기어를 입력축과 선택적으로 연결하는 OD클러치와, 입력축에 비구속적으로 구비된 다단기어 중 어느 한 기어와 회전력을 전달할 수 있도록 연결된 모터와, 입력축 일측에 구속된 기어와 치합된 종동기어가 구비된 엔진모드출력축과, 다단기어 중 나머지 기어와 치합된 종동기어가 구비된 EV모드출력축과, 엔진모드출력축에 구비된 종동기어 및 EV모드출력축에 구비된 종동기어와 치합된 차동기어가 구비된 차동축을 포함하며, 2모터 타입의 하이브리드 시스템에서 모드 전환을 위한 클러치 멤버의 구성 수가 최소화되는 효과가 있는 하이브리드 파워트레인 및 그 HEV-HV 구동력모드 전환 방법을 제공한다.

Description

하이브리드 파워트레인 및 그 HEV-HV 구동력모드 전환 방법{2-MOTOR TYPE HYBRID POWER TRAIN AND HEV-HV DRIVING FORCE MODE SWITCHING METHOD THEREOF}

본 발명은 하이브리드 파워트레인 및 그 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터와 발전기를 갖는 2모터 타입의 하이브리드 변속기의 모드 전환을 위한 클러치 멤버 구성수를 최소화하여 모드 전환에 의 한 클러치 손실을 최소화하는 2모터 타입의 하이브리드 변속기 및 그 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 2개 이상의 동력원을 사용하는 하이브리드 전기 자동차(HEV)는 엔진과 모터를 동력원으로 하여 다양한 동력 전달 구조를 구성할 수 있으며, 현재 하이브리드 차량의 대부분은 병렬형이나 직렬형의 동력전달 구성중 하나를 채택하고 있다.

직렬형은 엔진과 모터가 직결된 형태로서 병렬형에 비하여 상대적으로 구조가 간단하고, 제어로직이 간단하다는 장점은 있으나, 엔진으로부터의 기계적 에너지를 배터리에 저장하였다 다시 모터를 이용하여 차량을 구동하여야 하기 때문에 에너지 변환시의 효율 측면에서 분리하며, 병렬형 구조는 직렬형 구조에 비하여 상대적으로 복잡하고 제어로직이 복잡하다는 단점이 있지만, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기 에너지를 동시에 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

이러한 병렬형 하이브리드 시스템 중에서도 2모터 즉, 발전용 제네레이터와 구동용 모터가 구비된 2모터 타입의 하이브리드 시스템이 개발되었다.

2모터 타입의 하이브리드 시스템은 엔진의 구동력으로 제네레이터를 가동시켜 전력을 생산함과 동시에 모터에서 발생되는 구동력을 차량 주행에 사용할 수 있는 구조이다.

그러나, 2모터 타입의 하이브리드 시스템은 그 구조가 복잡하며, 특히, 엔진, 제네레이터 및 모터의 회전력 전달을 제어하기 위하여 클러치 멤버가 다수개 장착되어야만 하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-0802712호(2008.02.01.)

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 2모터 타입의 하이브리드 시스템을 구성함에 엔진, 제네레이터 및 모터의 회전력 전달을 제어하기 위한 클러치 멤버의 수를 최소화하며, 구동력 전달 효율을 극대화하는 하이브리드 파워트레인 및 그 HEV-HV 구동력모드 전환 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 파워트레인에 따르면, 유성기어?과, 유성기어?에 구비된 링기어로부터 회전력을 전달받을 수 있도록 링기어와 연결된 제네레이터와, 유성기어?에 구비된 캐리어로 회전력을 전달할 수 있도록 캐리어와 연결된 엔진출력축과, 엔진출력축과 동축상에 위치된 입력축과, 캐리어를 입력축과 선택적으로 연결하는 직결클러치와, 직결클러치와 동축상에 위치되며, 링기어를 입력축과 선택적으로 연결하는 OD클러치와, 입력축에 비구속적으로 구비된 다단기어 중 어느 한 기어와 회전력을 전달할 수 있도록 연결된 모터와, 입력축 일측에 구속된 기어와 치합된 종동기어가 구비된 엔진모드출력축과, 다단기어 중 나머지 기어와 치합된 종동기어가 구비된 EV모드출력축과, 엔진모드출력축에 구비된 기어 및 EV모드출력축에 구비된 기어와 치합된 차동기어가 구비된 차동축을 포함하는 하이브리드 파워트레인을 제공한다.

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 유성기어?에 구비된 선기어는 엔진출력축과 일직선상에 위치되는 고정축에 고정될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 제네레이터는 링형상으로, 링기어와 동심을 이루며 링기어의 외측에 부착될 수 있으며, 모터는 링형상으로, 다단기어 중 어느 한 기어와 동심원을 이루며 그 외측에 부착될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 따르면, 엔진출력축으로 회전력을 전달하는 엔진이 가동되는 시동단계와, 모터가 작동되어 다단기어 중 어느 한 기어로 모터의 회전력이 전달되고, 회전력이 다단기어 중 나머지 기어를 통해 차동축으로 전달되는 HV구동력모드단계와, 직결클러치 또는 OD클러치 중 어느 하나가 입력축과 유성기어?을 연결하여 엔진의 구동력이 입력축에 구비된 기어를 통해 차동축에 전달되는 HEV구동력모드단계를 포함하는 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법을 제공한다.

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 시동단계 이후, 또는 HV구동력모드단계에서 엔진의 회전력이 링기어를 통해 제네레이터로 전달됨으로써 제네레이터가 발전할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 하이브리드 파워트레인 및 그 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 의하면, 2모터 타입의 하이브리드 시스템에서 모드 전환을 위한 클러치 멤버의 구성 수가 최소화되는 효과가 있다.

또한, 클러치 멤버의 구성 수가 최소화되므로, 클러치 손실이 최소화되는 효과가 있다.

또한, 엔진 및 모터에서 발생된 구동력이 기어 트레인 구조를 이용한 직결방식으로 구동축에 전달되는 최대의 기계효율을 갖는 구조를 이루므로, 에너지 손실이 최소화되는 효과가 있다.

또한, 제네레이터와 모터 사이에 유성기어? 및 모드 전환을 구현하기 위한 클러치를 위치시킴으로써 파워트레인의 전장이 최소화되는 효과가 있다.

또한, 모터 구동력을 차동축에 전달하기 위한 출력축과 엔진 구동력을 차동축에 전달하기 위한 출력축을 분리하는 구조로써, 각 출력축에 구비된 기어의 용량이 축소되고 기어의 직경이 작아짐에 따라 파워트레인의 전장이 최소화되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 하이브리드 파워트레인의 개요도,
도 2는 본 발명의 일실시예의 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법의 절차도,
도 3은 도 2의 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 따른 EV모드의 구동력 흐름도,
도 4는 도 2의 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 따른 HEV모드의 구동력 흐름도,
도 5는 도 2의 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 따른 발전 시 구동력 흐름도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 하이브리드 파워트레인의 개요도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 파워트레인은, 유성기어?(100)과, 유성기어?(100)에 구비된 링기어(110)로부터 회전력을 전달받을 수 있도록 링기어(110)와 연결된 제네레이터(200)와, 유성기어?(100)에 구비된 캐리어(120)로 회전력을 전달할 수 있도록 캐리어(120)와 연결된 엔진출력축(300)과, 엔진출력축(300)과 동축상에 위치된 입력축(400)과, 캐리어(120)를 입력축(400)과 선택적으로 연결하는 직결클러치(500)와, 직결클러치(500)와 동축상에 위치되며, 링기어(110)를 입력축(400)과 선택적으로 연결하는 OD클러치(600)와, 입력축(400)에 비구속적으로 구비된 다단기어(410) 중 어느 한 기어(411)와 회전력을 전달할 수 있도록 연결된 모터(700)와, 입력축(400) 일측에 구속된 기어(420)와 치합된 종동기어(810)가 구비된 엔진모드출력축(800)과, 다단기어(410) 중 나머지 기어(412)와 치합된 종동기어(910)가 구비된 EV모드출력축(900)과, 엔진모드출력축(800)에 구비된 기어(820) 및 EV모드출력축(900)에 구비된 기어(920)와 치합된 차동기어(1010)가 구비된 차동축(1000)을 포함한다.

본 발명의 일실시예에서 유성기어?(100)에 구비된 선기어(130)는 엔진출력축(300)과 일직선상에 위치되되어 하우징에 고정된 고정축(1100)에 고정된다.

제네레이터(200)는 링형상으로, 링기어(110)와 동심을 이루며 링기어(110)의 외측에 부착된다.

모터(700)는 링형상으로, 다단기어(410) 중 어느 한 기어(411)와 동심원을 이루며 그 외측에 부착된다.

위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예는 도 2에 도시된 절차도에 따라 HEV-HV간 구동력모드가 전환된다.

도 2는 본 발명의 일실시예의 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법의 절차도이고, 도 3은 도 2의 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 따른 EV모드의 구동력 흐름도이고, 도 4는 도 2의 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 따른 HEV모드의 구동력 흐름도이고, 도 5는 도 2의 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 따른 발전 시 구동력 흐름도이다.

또한, 도 3 내지 도 5에는 엔진과 모터(700)에서 발생된 동력의 흐름을 굵은 선으로 표시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법은, 엔진출력축(300)으로 회전력을 전달하는 엔진이 가동되는 시동단계(S100)와, 모터(700)가 작동되어 다단기어(410) 중 어느 한 기어(411)로 모터(700)의 회전력이 전달되고, 회전력이 다단기어(410) 중 나머지 기어(412)를 통해 차동축(1000)으로 전달되는 HV구동력모드단계(S200)와, 직결클러치(500) 또는 OD클러치(600) 중 어느 하나가 입력축(400)과 유성기어?(100)을 연결하여 엔진의 구동력이 입력축(400)에 구비된 기어(420)를 통해 차동축(1000)에 전달되는 HEV구동력모드단계(S300)를 포함한다.

시동단계(S100) 이후, 또는 HV구동력모드단계(S200)에서 엔진의 회전력이 링기어(110)를 통해 제네레이터(200)로 전달됨으로써 제네레이터(200)가 발전하게 된다(도 5 참조).

HV구동력모드단계(S200)에서는 직결클러치(500) 또는 OD클러치(600) 모두 입력축(400)과 유성기어?(100)을 연결시키지 않으므로, 엔진에서 발생되는 회전력을 제네레이터(200)를 가동시켜 발전하는데 사용된다(도 3 참조).

HEV구동력모드단계(S300)에서는 직결클러치(500) 또는 OD클러치(600) 중 어느 하나가 입력축(400)과 유성기어?(100)을 연결시켜, 엔진에서 발생되는 회전력이 차동축(1000)으로 전달됨으로써 구동력으로 사용된다. 이와 동시에, 제네레이터(200)로도 엔진의 회전력이 전달되므로, 제네레이터(200)의 가동이 지속되어 제네레이터(200)에서의 발전은 계속된다. 또한, 모터(700)의 작동을 제어하므로써 모터(700)의 회전력 또한 구동력으로 사용된다(도 4 참조).

시동단계(S100), HV구동력모드단계(S200), HEV구동력모드단계(S300)는 모터(700)의 작동 제어와 직결클러치(500) 또는 OD클러치(600)의 작동제어를 통하여 전환이 가능하므로, 모드간 전환을 위한 클러치멤버의 구성 수가 최소화된다.

또한, 직결클러치(500)가 작동되면 엔진 회전수와 입력축(400) 회전수가

동기화 되므로, 주행 중 급가속 또는 등판 상황에서 작동되도록 하는 것이 바람직하며, OD클러치(600)가 작동되면 엔진 회전수에 비하여 입력축(400) 회전수가 증가되므로, 일반 주행중에 작동되어 연비향상에 도움을 줄 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 후진단은 모터(700)를 역회전 되도록 제어함으로써 구현하는 것이 바람직하다.

100: 유성기어? 110: 링기어
120: 캐리어 130: 선기어
200: 제네레이터 300: 엔진출력축
400: 입력축 410: 다단기어
420: 기어 500: 직결클러치
600: OD클러치 700: 모터
800: 엔진모드출력축 810: 종동기어
820: 기어 900: EV모드출력축
910: 종동기어 920: 기어
1000: 차동축 1010: 차동기어
1100: 고정축
S100: 시동단계 S200: HV구동력모드단계
S300: HEV구동력모드단계

Claims (6)

1. 유성기어?;
   상기 유성기어?에 구비된 링기어로부터 회전력을 전달받을 수 있도록 상기 링기어와 연결된 제네레이터;
   상기 유성기어?에 구비된 캐리어로 회전력을 전달할 수 있도록 상기 캐리어와 연결된 엔진출력축;
   상기 엔진출력축과 동축상에 위치된 입력축;
   상기 캐리어를 상기 입력축과 선택적으로 연결하는 직결클러치;
   상기 직결클러치와 동축상에 위치되며, 상기 링기어를 상기 입력축과 선택적으로 연결하는 OD클러치;
   상기 입력축에 비구속적으로 구비된 다단기어 중 어느 한 기어와 회전력을 전달할 수 있도록 연결된 모터;
   상기 입력축 일측에 구속된 기어와 치합된 종동기어가 구비된 엔진모드출력축;
   상기 다단기어 중 나머지 기어와 치합된 종동기어가 구비된 EV모드출력축;
   상기 엔진모드출력축에 구비된 기어 및 상기 EV모드출력축에 구비된 기어와 치합된 차동기어가 구비된 차동축;을 포함하는 하이브리드 파워트레인.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유성기어?에 구비된 선기어는 상기 엔진출력축과 일직선상에 위치되는 고정축에 고정된 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제네레이터는 링형상으로, 상기 링기어와 동심을 이루며 상기 링기어의 외측에 부착된 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
4. 제1항에 있어서,
   상기 모터는 링형상으로, 상기 다단기어 중 어느 한 기어와 동심원을 이루며 그 외측에 부착된 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법에 있어서,
   엔진출력축으로 회전력을 전달하는 엔진이 가동되는 시동단계;
   모터가 작동되어 다단기어 중 어느 한 기어로 상기 모터의 회전력이 전달되고, 상기 회전력이 상기 다단기어 중 나머지 기어를 통해 차동축으로 전달되는 HV구동력모드단계;
   직결클러치 또는 OD클러치 중 어느 하나가 입력축과 유성기어?을 연결하여 상기 엔진의 구동력이 상기 입력축에 구비된 기어를 통해 차동축에 전달되는 HEV구동력모드단계;를 포함하는 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 시동단계 이후, 또는 상기 HV구동력모드단계에서 상기 엔진의 회전력이 링기어를 통해 제네레이터로 전달됨으로써 상기 제네레이터가 발전하게 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인의 HEV-HV 구동력모드 전환 방법.

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