KR101956402B1 - 하이브리드 차량용 구동장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR101956402B1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F16H1/06—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with parallel axes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
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    • F16H3/10—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts with one or more one-way clutches as an essential feature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
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    • F16H3/52—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears comprising orbital spur gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
    • F16H3/725—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing
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    • B60K6/38—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
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Abstract

본 발명은 차량의 주행상태에 따라 EV모드, 동력분할(power split)모드, 병렬(parallel)모드의 변환을 효과적으로 구현할 수 있는 하이브리드 차량용 구동장치 및 그의 모드변환 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 하이브리드 차량용 구동장치는, 엔진에 연결되는 입력축; 변속기 하우징에 설치되는 제1 및 제2 모터/제너레이터; 입력축 상에 설치되고, 선기어, 유성캐리어, 링기어가 조합된 유성기어세트; 상기 제2모터/제너레이터에 연결되는 제1출력기어; 상기 유성기어세트의 유성캐리어에 연결되는 제2출력기어; 상기 입력축의 회전을 선택적으로 제한하는 하나 이상의 회전 제한기구; 상기 유성기어세트의 선기어 및 제1모터/제너레이터 중에서 적어도 하나에 연결되는 오버드라이브 브레이크; 및 상기 제1 및 제2 출력기어를 통해 동력을 전달받는 출력축;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 차량용 구동장치 및 그 제어방법{HYBRID POWERTRAIN AND METHOD FOR CONTROL THE SAME}
본 발명은 하이브리드 차량용 구동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 주행상태에 따라 EV모드, 동력분할(power split)모드, 병렬(parallel)모드의 변환을 효과적으로 구현할 수 있는 하이브리드 차량용 구동장치 및 그의 모드변환 제어방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하고, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미한다.
이러한 하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 전기모터를 보조동력원으로 채택하여 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량으로, 연비를 개선하고 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 더욱 활발한 연구가 진행되고 있다.
하이브리드 차량은 통상적으로 엔진과 모터/제너레이터를 사용하는데, 저속에서는 상대적으로 저속토크 특성이 좋은 모터/제너레이터를 주 동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크특성이 좋은 엔진을 주 동력원으로 사용한다.
이에 따라, 하이브리드 차량은 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
그리고, 하이브리드 차량용 구동장치는 구동을 위해 모터의 회전력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드와, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드 등의 운전모드로 주행하며, 엔진의 시동을 통해 EV 모드에서 HEV 모드로의 모드 변환이 이루어진다.
최근에는 동력전달의 효율을 높이기 위하여 HEV모드를 동력분할(power split)모드 및 병렬(parallel)모드로 세분화되어 동력분할모드와 병렬모드 사이에서의 모드 변환을 구현할 수 있는 구동장치에 대한 기술개발이 진행되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창출한 것으로, 주행상황에 따라 EV모드, 동력분할(power split)모드, 병렬(parallel)모드 등과 같은 다중모드의 변환을 효과적으로 수행함으로써 동력전달효율, 운전성, 배기성능 등을 향상시킴과 더불어, 최적의 주행을 매우 효과적으로 구현할 수 있는 하이브리드 차량용 구동장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 하이브리드 차량용 구동장치는,
엔진에 연결되는 입력축;
변속기 하우징에 설치되는 제1 및 제2 모터/제너레이터;
입력축 상에 설치되고, 선기어, 유성캐리어, 링기어가 조합된 유성기어세트;
상기 제2모터/제너레이터에 연결되는 제1출력기어;
상기 유성기어세트의 유성캐리어에 연결되는 제2출력기어;
상기 입력축의 회전을 선택적으로 제한하는 하나 이상의 회전 제한기구;
상기 유성기어세트의 선기어 및 제1모터/제너레이터 중에서 적어도 하나에 연결되는 오버드라이브 브레이크; 및
상기 제1 및 제2 출력기어를 통해 동력을 전달받는 출력축;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전 제한기구는 원웨이 클러치(one way clutch), 투웨이 클러치(two way clutch), 브레이크(brake) 중에서 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 출력기어와 출력축 사이에는 상기 출력축으로 동력을 감속하여 전달하는 감속유닛이 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 감속유닛은,
상기 입력축 및 출력축에 대해 평행하게 배치된 제1 및 제2 중간축;
상기 제1중간축에 마련되어 상기 제1출력기어에 치합되는 제1중간기어;
상기 제2중간축에 마련되어 상기 제2출력기어에 치합되는 제2중간기어; 및
상기 제1 및 제2 중간축과 출력축을 연결하도록 설치되는 동력합성기구;를 포함한다.
상기 동력합성기구는,
상기 제1중간축의 일단에 마련된 제1합성기어와,
상기 제2중간축의 일단에 마련되어 상기 제1합성기어에 치합되는 제2합성기어와,
상기 출력축의 도중에 마련되어 상기 제2합성기어와 치합되는 제3합성기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 하이브리드 차량용 구동장치는,
엔진에 연결되는 입력축;
입력축을 통해 회전동력을 전달받는 출력축;
입력축 상에 설치되고, 3개 이상의 회전요소를 가진 유성기어세트;
유성기어세트의 회전요소 중에서 어느 하나의 회전요소와 연결되는 제1모터/제너레이터;
상기 출력축으로 회전동력을 전달하는 제2모터/제너레이터;
상기 제1모터/제너레이터의 회전동력이 유성기어세트로 전달됨을 단속하는 오버드라이브 브레이크; 및
상기 입력축의 회전을 선택적으로 제한하는 하나 이상의 회전 제한기구;를 포함하고,
상기 제1모터/제너레이터의 회전속도가 0에 근접한지 여부에 따라 상기 오버드라이브 브레이크는 그 결합 내지 해제 작동이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 유성기어세트는 선기어, 유성캐리어, 링기어를 가지고, 상기 제1모터/제너레이터는 상기 유성기어세트의 선기어에 연결되며,
상기 제2모터/제너레이터에는 제1출력기어가 연결되고, 상기 유성기어세트의 유성캐리어에는 제2출력기어가 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 회전 제한기구는 원웨이 클러치(one way clutch), 투웨이 클러치(two way clutch), 브레이크(brake) 중에서 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 출력기어와 출력축 사이에는 상기 출력축으로 동력을 감속하여 전달하는 감속유닛이 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 감속유닛은,
상기 입력축 및 출력축에 대해 평행하게 배치된 제1 및 제2 중간축;
상기 제1중간축에 마련되어 상기 제1출력기어에 치합되는 제1중간기어;
상기 제2중간축에 마련되어 상기 제2출력기어에 치합되는 제2중간기어; 및
상기 제1 및 제2 중간축과 출력축을 연결하도록 설치되는 동력합성기구;를 포함한다.
상기 동력합성기구는,
상기 제1중간축의 일단에 마련된 제1합성기어와,
상기 제2중간축의 일단에 마련되어 상기 제1합성기어에 치합되는 제2합성기어와,
상기 출력축의 도중에 마련되어 상기 제2합성기어와 치합되는 제3합성기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양태는, 입력축 상에 설치된 유성기어세트와, 제1 및 제2 모터/제너레이터와, 제1모터/제너레이터의 회전동력이 유성기어세트로 전달됨을 단속하는 오버드라이브 브레이크와, 상기 입력축의 회전을 선택적으로 제한하는 하나 이상의 회전 제한기구를 포함하는 하이드브리드 차량용 구동장치의 제어방법으로,
설정된 요구토크 및 차속에 따라 동력분할모드 및 병렬모드로 구분된 모드 맵(mode map)을 통해 주행 중인 차량의 모드가 선택되는 모드 선택단계,
상기 모드 선택단계에서 선택된 차량의 모드가 병렬모드이면 제1모터/제너레이터의 회전속도를 0으로 제어함과 더불어 오버드라이버 브레이크의 결합작동을 통해 병렬모드를 진행하는 병렬모드 진행단계와,
상기 모드 선택단계에서 선택된 차량의 모드가 동력분할모드이면 제1모터/제너레이터의 회전속도를 0에 인접하는 지를 판단하여 병렬모드로 전환하는 병렬모드 전환단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 병렬모드 전환단계는, 제1모터/제너레이터의 회전속도가 0에 인접하는 지를 판단하는 제1판단단계와, 제1판단단계에서 제1모터/제너레이터의 회전속도가 0에 인접하면 제1모터/제너레이터의 타겟 회전속도가 0에 인접하는 지를 판단하는 제2판단단계로 이루어지고,
상기 제1모터/제너레이터의 회전속도 및 타겟 회전속도가 0에 인접하면 병렬모드로 전환하는 것을 특징으로 한다.
상기 병렬모드 전환단계는,
상기 제1모터/제너레이터의 회전속도 또는 타겟 회전속도가 0에 인접하지 않으면 요구토크가 0미만인지를 판단하는 제3판단단계와,
상기 제3판단단계에서 요구토크가 0미만이면 엔진의 정지가 가능한지 여부를 판단하는 제4판단단계를 더 포함하고,
상기 제4판단단계에서 엔진의 정지가 가능하지 않은 것으로 판단되면 병렬모드로 전환하고, 엔진의 정지가 가능한 것으로 판단되면 엔진을 정지하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3판단단계에서, 요구토크가 0이상이면 동력분할모드를 진행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 입력축 상에서 2개의 모터/제너레이터, 오버드라이브 브레이크 및 회전 제한기구를 배열한 구조에서 오버드라이브 브레이크 및 회전 제한기구의 적절한 결합 및 해제를 통해 주행상황에 따라 EV모드, 동력분할(power split)모드, 병렬(parallel)모드 등과 같은 다중 모드의 변환을 효과적으로 수행함으로써 동력전달효율, 운전성, 배기성능 등을 향상시킴과 더불어, 최적의 주행을 매우 효과적으로 구현할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 유성기어세트의 선기어 또는 제1모터/제너레이터에 연결된 오버드라이브 브레이크의 적절한 제어를 통해 차량의 주행속도 및 운전자요구토크 등에 따라 동력분할모드에서 병렬모드로의 전환을 매우 효과적으로 구현할 수 있ㄴ는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 제1모터/제너레이터의 회전속도가 0에 인접하는 지를 판단하여 병렬모드로의 변환을 구현함으로써 차량의 현재 상태에 따른 모드 변환을 매우 효과적으로 수행할 수 있고, 이를 통해 최적의 주행상태를 안정되게 유지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 구동장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 구동장치의 EV모드에서 동력전달 계통을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 구동장치의 동력분할(power split)모드에서 동력전달 계통을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 구동장치의 병렬(parallel)모드에서 동력전달 계통을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 구동장치의 제어방법에 이용되는 모드 맵(mode map)을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 구동장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하고자 한다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 구동장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 하이드브리드 차량용 구동장치는, 변속기 하우징(H) 내에 설치된 입력축(IS)을 따라 제1 및 제2 모터/제너레이터(MG1, MG2), 유성기어세트(PG), 회전 제한기구(C), 오버드라이브 브레이크(B), 제1 및 제2 출력기어(OG1, OG2)가 배열되고, 이를 통해 엔진(1)의 회전동력과 제1 및 제2 모터/제너레이터(MG1, MG2)의 회전동력을 차량의 주행상태에 따라 변속하여 제1 및 제2 출력기어(OG1, 0G2)를 통해 출력하도록 구성된다.
입력축(IS)은 변속기 하우징(H)의 내부에 길게 설치되고, 입력축(IS)은 그 일측이 엔진(1)에 연결되어 엔진(1)의 회전동력을 입력받도록 구성된다.
제1모터/제너레이터(MG1)는 유성기어세트(PG)의 회전요소 중에서 어느 하나의 회전요소와 직접 연결되고, 엔진 구동을 위한 스타트 모터의 역할 또는 회전요소를 통해 엔진(1)의 회전동력을 전달받아 회전하면서 전기를 발생시키는 발전기(generator)의 역할을 수행할 수 있다. 이러한 제1모터/제너레이터(MG1)는 변속기 하우징(H)에 고정되는 고정자와, 유성기어세트(PG)의 회전요소에 연결되는 회전자를 가진다.
제2모터/제너레이터(MG2)는 제1출력기어(OG1)과 직접적으로 연결되어 그 회전동력을 공급하는 모터(motor)의 역할을 수행한다. 이러한 제2모터/제너레이터(MG2)는 변속기 하우징(H)에 고정되는 고정자와, 제1출력기어(OG1)에 연결되는 회전자를 가진다.
유성기어세트(PG)는 입력축(IS) 상에 설치된 싱글 피니언 유성기어세트로서 복수의 회전요소로 구성된다. 유성기어세트(PG)는 선기어(S), 선기어(S)에 외접하여 치합되는 피니언(P)을 회전지지하는 유성캐리어(PC)와, 피니언(P)에 내접하여 치합되는 링기어(R)가 조합되어 이루어진다.
선기어(S)는 오버드라이브 브레이크(B)를 개재한 상태로 변속기 하우징(H)에 연결되거나 변속기 하우징(H)에 직접적으로 고정될 수 있다. 유성캐리어(PC)는 입력축(IS)에 연결되고, 링기어(R)는 제2출력기어(OG2)에 연결되어 출력요소의 역할을 한다.
제1출력기어(OG1)는 제2모터/제너레이터(MG2)에 연결되어 제2모터/제너레이터(MG2)의 회전동력을 전달받도록 구성된다.
제2출력기어(OG2)는 유성기어세트(PG)의 일측 회전요소 즉, 링기어(R)에 연결되어 링기어(R)를 통해 엔진(1)의 회전동력(도 3 및 도 4의 실선 참조)과 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전동력(도 3의 점선 참조)을 전달받도록 구성된다.
회전 제한기구(C)는 입력축(IS)의 회전을 선택적으로 제한하도록 변속기 하우징(H)과 입력축(IS) 사이에 설치된다. 이러한 회전 제한기구(C)는 원웨이 클러치(one way clutch), 투웨이 클러치(two way clutch), 브레이크(brake) 중에서 어느 하나로 이루어져 입력축(IS)의 회전을 선택적으로 제한할 수 있다.
오버드라이브 브레이크(B)는 변속기 하우징(H)의 일측 즉, 입력측에 근접하여 설치되고, 유성기어세트(PG)의 선기어(S) 또는 제1모터/제너레이터(MG1) 중에서 적어도 어느 하나에 연결되도록 구성될 수 있다. 이러한 오버드라이브 브레이크(B)의 결합 및 해제에 의해 동력분할(power split)모드 및 병렬(parallel)모드의 변환이 효과적으로 이루어질 수 있다.
출력축(OS)은 제1 및 제2 출력기어(OG1, OG2)를 통해 동력을 전달받도록 구성된다.
그리고, 제1 및 제2 출력기어(OG1, OG2)와 출력축(OS) 사이에는 출력축(OS)으로 동력을 감속하여 전달하는 감속유닛(20)이 배치된다.
감속유닛(20)은 입력축(IS) 및 출력축(OS)에 대해 평행하게 배치된 제1 및 제2 중간축(CS1, CS2)와, 제1중간축(CS1)의 도중에 마련되어 제1출력기어(OG1)에 치합되는 제1중간기어(CG1)와, 제2중간축(CS2)의 도중에 마련되어 제2출력기어(OG2)에 치합되는 제2중간기어(CG2)와, 제1 및 제2 중간축(CS1, CS2)과 출력축(OS)을 연결하도록 설치되는 동력합성기구(PS)를 포함한다.
한편, 동력합성기구(PS)는 감속유닛(20)을 통해 전달되는 엔진(1)의 회전동력, 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전동력, 제2모터/제너레이터(MG2)의 회전동력 등을 합성하여 출력축(OS)으로 합성하여 전달하는 power synthesizing의 역할을 수행할 수 있다.
이를 위해, 동력합성기구(PS)는 제1중간축(CS1)의 일단에 마련된 제1합성기어(SG1)와, 제2중간축(CS2)의 일단에 마련되어 제1합성기어(SG2)에 외접하여 치합되는 제2합성기어(SG2)와, 출력축(OS)의 도중에 마련되어 제2합성기어(SG2)와 치합되는 제3합성기어(SG3)로 이루어질 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 구동장치의 EV모드, 동력분할모드, 병렬모드 시의 동력전달계통을 나타낸다.
EV모드에서는 도 2와 같이, 회전 제한기구(C)의 결합작동에 의해 입력축(IS)의 회전이 정지되고, 이에 엔진(1)의 회전동력 및 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전동력이 전달되지 않은 상태에서 제2모터/제너레이터(MG2)의 회전동력만이 제1출력기어(OG1), 제1중간기어(CG1), 감속유닛(20), 및 동력합성기구(PS)를 통해 출력축(OS)으로 전달된다(도 2의 화살표 K1 방향 참조).
동력분할모드에서는 도 3과 같이, 엔진(1)이 구동하여 그 회전동력이 출력축(OS)을 전달됨과 더불어, 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전동력 및 제2모터/제너레이터(MG2)의 회전동력이 출력축(OS)으로 전달된다.
이를 구체적으로 살펴보면, 엔진(1)의 회전동력은 입력축(IS), 유성캐리어(PC), 링기어(R)를 거쳐 제2출력기어(OG2)로 전달된 이후에, 제2출력기어(OG2), 제2중간기어(CS2)를 통해 동력합성기구(PS)로 전달된다(도 3의 K2 방향 참조).
그리고, 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전동력은 유성기어세트(PG)의 선기어(S), 피니언(P), 링기어(R)를 거쳐 제2출력기어(OG2)로 전달된 이후에, 제2출력기어(OG2), 제2중간기어(CS2)를 통해 동력합성기구(PS)로 전달된다(도 3의 K3 방향 참조).
또한, 제2모터/제너레이터(MG2)의 회전동력은 제1출력기어(OG1), 제1중간기어(CS1)을 통해 동력합성기구(PS)로 전달된다(도 3의 K1 방향 참조).
이에 따라, 동력합성기구(PS)는 엔진(1)의 회전동력, 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전동력, 제2모터/제너레이터(MG2)의 회전동력을 합성하여 출력축(OS)으로 전달한다.
병렬모드에서는 도 4와 같이, 회전 제한기구(C)가 해제된 상태에서 오버드라이브 브레이크(B)가 결합 작동함에 따라, 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전동력이 유성기어세트(PG)의 선기어(S)로 전달됨을 차단한 상태에서 엔진(1)의 회전동력 및 제2모터/제너레이터(MG2)의 회전동력이 동력합성기구(PS)에서 합성되어 출력축(OS)으로 전달된다(도 4의 화살표 K1, K2 방향 참조).
이와 같은 본 발명에 의하면, 입력축(IS) 상에서 2개의 모터/제너레이터(MG1, MG2), 오버드라이브 브레이크(B) 및 회전 제한기구(C)를 배열한 구조에서 오버드라이브 브레이크(B) 및 회전 제한기구(C)의 적절한 결합 및 해제를 통해 주행상황에 따라 EV모드, 동력분할(power split)모드, 병렬(parallel)모드 등과 같은 다중 모드의 변환을 효과적으로 수행함으로써 동력전달효율, 운전성, 배기성능 등을 향상시킴과 더불어, 최적의 주행을 매우 효과적으로 구현할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 유성기어세트(PG)의 선기어(S) 또는 제1모터/제너레이터(MG1)에 연결된 오버드라이브 브레이크(B)의 적절한 제어를 통해 차량의 주행속도 및 운전자요구토크 등에 따라 동력분할모드에서 병렬모드로의 전환을 매우 효과적으로 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 구동장치의 제어방법을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 구동장치의 제어방법은 모드 선택단계(S1)와, 병렬모드 진행단계(S2)와, 병렬모드 전환단계(S3)로 이루어진다.
모드 선택단계(S1)에서는 모드 맵(mode map)에 의해 동력분할모드 및 병렬모드가 선택되는 단계로서, 상술한 모드 맵은 도 5에 도시된 바와 같이 설정된 요구토크 및 차속을 기준으로 동력분할(power split)모드 및 병렬모드(paralle)로 구분되어 이루어진다. 엔진은 일정 회전속도(RPM) 이하에서는 구동이 불가능하기 때문에 일정 차속 이하에서는 병렬모드의 구동이 불가능하다. 한편, 병렬모드에서는 엔진의 회전속도가 차속에 고정되기 때문에 운전자요구토크가 엔진의 최대토크를 넘을 수 없다. 이에, 일정 차속 이상, 일정 요구토크 이하에서는 병렬모드가 선태되고, 그 반대에서는 동력분할모드가 선택되도록 모드 맵이 구성된다.
이러한 모드 맵은 운전성이나 배기성능 등에 따라 실험적으로 다양하게 변경가능하다.
병렬모드 진행단계(S2)에서는 모드 선택단계(S1)에서 선택된 차량의 모드가 병렬모드이면 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전속도를 0으로 제어함과 더불어 오버드라이버 브레이크(B)의 결합작동을 통해 병렬모드를 진행한다.
병렬모드 전환단계(S3)에서는 모드 선택단계(S1)에서 선택된 차량의 모드가 동력분할모드이면 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전속도가 0에 인접하는 지를 판단하여 병렬모드로 전환한다. 이는, 모드 맵에 의해 동력분할모드가 선택되더라도 주행상황에 따라 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전속도가 0에 인접하여 작동하는 경우가 있고, 이러한 경우에는 병렬모드로 진행하는 것이 효율 측면에서 유리하기 때문이다.
이러한 병렬모드 전환단계(S3)를 보다 구체적으로 살펴보면, 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전속도가 0에 인접하는 지를 판단하는 제1판단단계(S3-1)와, 제1판단단계(S3-1)에서 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전속도가 0에 인접하면 제1모터/제너레이터(MG1)의 타겟 회전속도가 0에 인접하는 지를 판단하는 제2판단단계(S3-1)로 이루어진다.
제1판단단계(S3-1)에서 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전속도가 0에 인접하는 지를 판단하는 기준은 제1모터/제너레이터(MG1)의 절대값이 일정량 이하가 되었지를 판단함으로써 알 수 있다.
제2판단단계(S3-2)에서 제1모터/제너레이터(MG1)의 타겟 회전속도가 0에 인접하는 지를 판단하는 이유는, 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전속도가 0에 인접하더라도 제1모터/제너레이터(MG1)의 타겟 회전속도가 0에 인접하지 않을 경우에는 병렬모드의 전환이 불가능하기 때문이다. 예컨대 제1모터/제너레이터(MG1)의 현재 회전속도가 5000이고, 제1모터/제너레이터(MG1)의 타겟 회전속도가 -5000인 경우에 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전속도가 서서히 감소하여 0에 인접하는 운전구간이 발생할 수 있다. 하지만, 이러한 경우에는 제1모터/제너레이터(MG1)의 타겟 회전속도가 -5000이므로 병렬모드로 구동할 경우에는 그 타겟 회전속도를 만족시키는 것이 불가능하여 병렬모드의 구동이 바람직하지 않다.
제2판단단계(S3-2)에서 제1모터/제너레이터(MG1)의 타겟 회전속도가 0에 인접하면 병렬모드를 진행한다(S2).
그리고, 제1판단단계(S3-1) 및 제2판단단계(S3-2)에서 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전속도 및 타겟 회전속도가 0에 인접하지 않으면 요구토크가 0미만인지를 판단하는 제3판단단계(S3-3)를 진행하고, 제3판단단계(S3-3)에서 요구토크가 0미만이면 엔진의 정지가 가능한지 여부를 판단하는 제4판단단계(S3-4)를 진행한다.
제3판단단계(S3-3)에서 요구토크가 0이상이면 동력분할모드를 진행하고(S4), 제4판단단계(S3-4)에서 엔진의 정지가 가능한 것으로 판단되면 엔진(1)을 정지시킨다(S5).
한편, 제4판단단계(S3-4)를 구체적으로 살펴보면, 운전자의 요구토크가 0미만일 경우에는 엔진(1)을 정지하는 것이 효율측면에서 유리하지만, 차속이 높을 경우에는 엔진(1)을 정지한 이후에 재시동하고자 할 때 제1모터/제너레이터(MG1)의 토크가 부족하여 재시동이 불가능한 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에는 엔진(1)을 정지하지 않고 연료 차단(fuel cut) 상태에서 제1모터/제너레이터(MG1)로 엔진(1)을 구동하는 경우가 발생할 수 있고, 이럴 경우에는 전기에너지를 소비하게 되므로 그 효율이 저하될 수 있다. 이에 따라, 차량의 차속과 엔진(1)의 정지 시에 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전속도 및 그에 따른 토크 등을 근거로 제1모터/제너레이터(MG1)의 토크가 엔진(1)을 재시동시키기에 충분한지를 판단하여, 엔진(1)의 정지 여부를 판단하는 것이 바람직하다.
그리고, 운전자의 요구토크가 0미만인지를 판단(S3-1)한 이후에는 엔진(1)의 정지가 가능하지 않은 것으로 판단되면 병렬모드를 진행하고(S2), 엔진(1)을 연료 차단(fuel cut) 상태에서 구동하는 것이 효율측면에서 유리할 것이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전속도가 0에 인접하는 지를 판단하여 병렬모드로의 변환을 구현함으로써 차량의 현재 상태에 따른 모드 변환을 매우 효과적으로 수행할 수 있고, 이를 통해 최적의 주행상태를 안정되게 유지할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
1: 엔진 20: 감속유닛
H: 변속기 하우징 IS: 입력축
MG1: 제1모터/제너레이터
ME2: 제2모터/제너레이터
C: 회전 제한기구 B: 오버드라이브 브레이크
OG1: 제1출력기어 OG2: 제2출력기어
OS: 출력축

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  12. 입력축 상에 설치된 유성기어세트와, 제1 및 제2 모터/제너레이터와, 제1모터/제너레이터의 회전동력이 유성기어세트로 전달됨을 단속하는 오버드라이브 브레이크와, 상기 입력축의 회전을 선택적으로 제한하는 하나 이상의 회전 제한기구를 포함하는 하이드브리드 차량용 구동장치의 제어방법으로,
    설정된 요구토크 및 차속에 따라 동력분할모드 및 병렬모드로 구분된 모드 맵(mode map)을 통해 주행 중인 차량의 모드가 선택되는 모드 선택단계,
    상기 모드 선택단계에서 선택된 차량의 모드가 병렬모드이면 제1모터/제너레이터의 회전속도를 0으로 제어함과 더불어 오버드라이버 브레이크의 결합작동을 통해 병렬모드를 진행하는 병렬모드 진행단계와,
    상기 모드 선택단계에서 선택된 차량의 모드가 동력분할모드이면 제1모터/제너레이터의 회전속도를 0에 인접하는 지를 판단하여 병렬모드로 전환하는 병렬모드 전환단계로 이루어지되;
    상기 병렬모드 전환단계는, 제1모터/제너레이터의 회전속도가 0에 인접하는 지를 판단하는 제1판단단계와, 제1판단단계에서 제1모터/제너레이터의 회전속도가 0에 인접하면 제1모터/제너레이터의 타겟 회전속도가 0에 인접하는 지를 판단하는 제2판단단계로 이루어지고,
    상기 제1모터/제너레이터의 회전속도 및 타겟 회전속도가 0에 인접하면 병렬모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치의 제어방법.
  13. 삭제
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 병렬모드 전환단계는,
    상기 제1모터/제너레이터의 회전속도 또는 타겟 회전속도가 0에 인접하지 않으면 요구토크가 0미만인지를 판단하는 제3판단단계와,
    상기 제3판단단계에서 요구토크가 0미만이면 엔진의 정지가 가능한지 여부를 판단하는 제4판단단계를 더 포함하고,
    상기 제4판단단계에서 엔진의 정지가 가능하지 않은 것으로 판단되면 병렬모드로 전환하고, 엔진의 정지가 가능한 것으로 판단되면 엔진을 정지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치의 제어방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제3판단단계에서, 요구토크가 0이상이면 동력분할모드를 진행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치의 제어방법.
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