KR20070096263A - Apparatus of power transmission for hybrid electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 의한 병렬형 하이브리드 차량용 동력전달장치를 도시하는 블록도.1 is a block diagram showing a power transmission device for a parallel hybrid vehicle according to the prior art.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치를 도시하는 블록도.2 is a block diagram showing a power transmission device for a hybrid vehicle according to the present invention.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치의 모터 모드, 엔진 모드, 하이브리드 모드 및 회생제동 모드를 도시하는 블록도.3 to 5 are block diagrams showing a motor mode, an engine mode, a hybrid mode and a regenerative braking mode of a power transmission device for a hybrid vehicle according to the present invention.
도 6a 및 도 6b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 1 복합 분기 모드의 순환과정을 도시하는 블록도 및 개략도.6A and 6B are block diagrams and schematic diagrams showing a circulation process of the first compound branch mode by the power transmission device for a hybrid vehicle of the present invention;
도 7a 및 도 7b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 1 복합 분기 모드의 분기과정을 도시하는 블록도 및 개략도.7A and 7B are block diagrams and schematic diagrams illustrating a branching process of a first compound branch mode by the power transmission device for a hybrid vehicle of the present invention;
도 8a 및 도 8b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 2 복합 분기 모드의 순환과정을 도시하는 블록도 및 개략도.8A and 8B are block diagrams and schematic diagrams showing a circulation process of a second compound branch mode by the power transmission device for a hybrid vehicle of the present invention;
도 9a 및 도 9b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 2 복합 분기 모드의 분기과정을 도시하는 블록도 및 개략도.9A and 9B are block diagrams and schematic diagrams illustrating a branching process of a second compound branch mode by the power transmission device for a hybrid vehicle of the present invention;
본 발명은 하이브리드 차량의 동력전달장치에 관한 것으로, 구체적으로는 하이브리드 차량의 동력전달장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power transmission device for a hybrid vehicle, and more particularly, to a power transmission device for a hybrid vehicle.
하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이란, 서로 다른 두 가지 이상의 동력원, 예를 들어 휘발유엔진과 전기모터, 디젤엔진과 전기모터 등을 이용하여 엔진을 구동시킴으로써 연비가 높고 배기가스의 저감효과가 우수하며, 출력을 높일 수 있는 차량을 말한다.A hybrid electric vehicle (HEV) is a vehicle that uses two or more different power sources, for example, gasoline engines and electric motors, diesel engines and electric motors, to achieve high fuel economy and excellent emission reduction effect. It is a vehicle that can increase the output power.
이러한 하이브리드 차량은 동력전달방식에 따라 직렬형(Series) 하이브리드 차량과 병렬형(Parallel) 하이브리드 차량으로 분류된다.Such hybrid vehicles are classified into a series hybrid vehicle and a parallel hybrid vehicle according to a power transmission method.
직렬형은 엔진과 제너레이터가 직접 연결되어 엔진 작동 시 제너레이터가 함께 회전하고, 이때 발생되는 전기에너지를 이용하여 모터를 회전시키거나 배터리에 전기에너지를 저장하는 순수 전기차 방식의 동력전달방식을 갖는다.In series type, the engine and the generator are directly connected, and the generator rotates together when the engine is operated, and has a pure electric vehicle power transmission method that rotates a motor or stores electrical energy in a battery by using the generated electric energy.
이때, 직렬형은 동력을 전달하는 과정에서 여러 차례 동력변환이 이루어진다. 즉, 엔진에서 발생된 기계에너지는 제너레이터를 거쳐 전기에너지로 변환되고, 제너레이터에서 변환된 전기에너지는 배터리에 저장되면서 화학에너지로 변환된다. 또한, 배터리에 저장된 화학에너지를 이용하여 모터 및 차축을 구동시키는 과정에서 다시 기계에너지로 변환된다.At this time, the serial type power conversion is made several times in the process of transmitting power. That is, the mechanical energy generated from the engine is converted into electrical energy through the generator, and the electrical energy converted from the generator is converted into chemical energy while being stored in the battery. In addition, the chemical energy stored in the battery is converted into mechanical energy in the process of driving the motor and the axle.
상술한 바와 같이, 직렬형은 여러 차례 동력 변환이 이루어지고, 그 과정에서 에너지 효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 차량이 고출력으로 구동될 수 있도록 그에 대응되는 대용량 모터와 배터리를 요구하게 되는 바, 최근에는 많이 사용되지 않고 있는 방식이다.As described above, the series type power conversion is performed several times, and there is a problem in that energy efficiency is lowered in the process. In addition, a large-capacity motor and a battery corresponding thereto are required so that the vehicle can be driven at a high output, which is not used much recently.
병렬형은 복수의 동력원(엔진, 모터)을 포함하고, 차량의 주행상태에 따라 엔진 또는 모터 중 어느 하나를 이용하여 차량을 구동시키게 되는데, 이때 엔진 또는 모터에서 발생된 동력은 동력분할장치에 의해 각각 또는 동시에 차축으로 전달된다.The parallel type includes a plurality of power sources (engines and motors), and drives the vehicle by using either the engine or the motor according to the driving state of the vehicle, wherein the power generated from the engine or the motor is driven by the power splitter. Each or simultaneously is delivered to the axle.
동력분할장치는 엔진 및 모터의 회전수를 단계 없이 연속적으로 변속시킬 수 있도록 CVT(Continuously Variable Transmission) 기능을 포함하고 있는 바, 동력분할장치가 장착된 병렬형 하이브리드 차량은 별도의 변속수단을 필요로 하지 않는다.The power splitter includes a Continuously Variable Transmission (CVT) function that allows the engine and motor to continuously rotate without steps.A parallel hybrid vehicle equipped with a power splitter requires a separate shifting means. I never do that.
이러한 동력분할장치에는 선기어(Sun Gear), 링기어(Ring Gear), 피니언(Pinion) 및 캐리어(Carrier)로 구성되는 유성기어세트(Planetary Gear Set)가 많이 사용된다.In such a power split device, a planetary gear set composed of a sun gear, a ring gear, a pinion, and a carrier is used.
도면을 참조하여 유성기어세트를 포함하는 병렬형 하이브리드 차량용 동력전달장치에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. Referring to the drawings in more detail with respect to the power transmission device for a parallel hybrid vehicle including a planetary gear set as follows.
도 1에 도시된 바와 같이, 병렬형 하이브리드 차량은 엔진, 한 쌍의 모터-제너레이터 및 유성기어세트를 포함하여 구성된다. 이때, 엔진은 유성기어세트의 캐리어와 연결되고, 한 쌍의 모터-제너레이터 중 주로 모터의 역할을 하는 제 1 모터-제너레이터는 링기어와 연결되며, 발전기 역할을 하는 제 2 모터-제너레이터는 선기어와 연결된다. 또한, 상기 링기어에는 차축도 함께 연결된다.As shown in FIG. 1, a parallel hybrid vehicle includes an engine, a pair of motor-generators, and a planetary gear set. At this time, the engine is connected to the carrier of the planetary gear set, the first motor-generator which mainly serves as a motor of the pair of motor-generators is connected to the ring gear, and the second motor-generator which acts as a generator is connected to the sun gear. Connected. The ring gear is also connected to the axle.
상기와 같이 구성된 종래의 병렬형 하이브리드 차량은 차량 주행 시 모터 모 드, 엔진 모드, 하이브리드 모드 및 회생제동 모드로 동력전달이 이루어진다.In the conventional parallel hybrid vehicle configured as described above, power transmission is performed in a motor mode, an engine mode, a hybrid mode, and a regenerative braking mode when the vehicle is driven.
우선, 모터 모드는 차량을 발진시키거나 저속으로 주행할 경우에 적용되는 모드로, 배터리의 전기 에너지를 이용하여 제 1 모터-제너레이터를 작동시켜 차량을 구동시키게 된다. 이 모드에서는 엔진이 작동되지 않으며 오직 제 1 모터-제너레이터의 작동에 의해서만 차량이 구동된다.First, the motor mode is a mode applied when the vehicle starts or runs at a low speed. The motor mode is driven by operating a first motor-generator using electric energy of a battery. In this mode, the engine is not operated and the vehicle is driven only by the operation of the first motor-generator.
엔진 모드는 차량의 속도가 일정 속도 이상이 되어 고연비를 구현할 수 있을 때 적용되는 모드로, 제 1 모터-제너레이터는 작동되지 않으며 엔진에 의해서만 차량이 구동된다. 이때, 엔진은 상기 제 1 모터-제너레이터의 작동 또는 회전하는 차축에 의해서 시동된다.The engine mode is a mode that is applied when the speed of the vehicle is higher than a predetermined speed to realize high fuel efficiency. The first motor-generator is not operated and the vehicle is driven only by the engine. At this time, the engine is started by the operating or rotating axle of the first motor-generator.
하이브리드 모드는 차량의 전출력 주행 시에 적용되는 모드로, 엔진과 제 1 모터-제너레이터에 의해 차량이 구동된다. 이 모드에서는 상술한 바와 같이 엔진과 제 1 모터-제너레이터가 동시에 차량을 구동시켜 차량이 전출력으로 주행할 수 있도록 한다.The hybrid mode is a mode that is applied when the vehicle runs at full power, and the vehicle is driven by the engine and the first motor-generator. In this mode, as described above, the engine and the first motor-generator simultaneously drive the vehicle so that the vehicle can run at full power.
회생제동 모드는 차량의 타력 주행 또는 감속 시 적용되는 모드로, 이때 차축의 회전력으로 제 2 모터-제너레이터가 작동되고, 이에 따라 전기에너지가 발생되어 배터리에 저장된다. 이 모드에서는 엔진이 작동되지 않으므로 연료소모와 배기가스 배출을 막을 수 있다.The regenerative braking mode is a mode applied when driving or decelerating a vehicle. At this time, the second motor-generator is operated by the rotational force of the axle, and thus electric energy is generated and stored in the battery. The engine does not run in this mode, which saves fuel consumption and exhaust emissions.
상기와 같이 구성 및 작동되는 동력전달장치 중 제 2 모터-제너레이터의 속도를 제어하면, 두 종류의 동력원, 즉 엔진과 모터에서 발생된 동력을 개별적으로 또는 동시에 이용할 수 있다. 다시 말해, 별도의 클러치 수단 없이 모터 모드, 엔 진 모드, 하이브리드 모드 및 회생제동 모드로 차량을 구동시킬 수 있으므로, 엔진의 작동 및 정지 제어가 가능하고, 마찰 브레이크의 사용을 최소화할 수 있어 회생제동 효율을 높일 수 있다.By controlling the speed of the second motor-generator among the power transmission devices constructed and operated as described above, the power generated by the two types of power sources, that is, the engine and the motor, can be used separately or simultaneously. In other words, the vehicle can be driven in motor mode, engine mode, hybrid mode, and regenerative braking mode without a separate clutch means, so that the engine can be operated and stopped, and the use of friction brake can be minimized. The efficiency can be improved.
그러나, 상기와 같은 종래의 병렬형 하이브리드 차량은, 한 쌍의 모터-제너레이터가 각각 유성기어세트의 각 구성요소와 직접적으로 연결되도록 구성되는 바, 하이브리드 모드 시 엔진의 회전속도가 상승하여 제 1 모터-제너레이터의 회전속도보다 빨라지면, 엔진에서 발생된 동력이 상기 제 1 모터-제너레이터로 전달되어 에너지 순환이 발생되고, 그 에너지 순환량이 커질수록 시스템의 효율은 급격히 저하되는 문제점이 있다.However, the conventional parallel hybrid vehicle as described above is configured such that a pair of motor-generators are directly connected to each component of the planetary gear set, so that the rotational speed of the engine increases in the hybrid mode so that the first motor If the generator is faster than the rotational speed, power generated in the engine is transmitted to the first motor-generator to generate energy circulation. As the amount of energy circulation increases, the efficiency of the system decreases rapidly.
따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 세 개의 유성기어세트와 한 쌍의 클러치를 사용하여 중/고속 영역, 즉 하이브리드 모드에서 동력을 분기시킴으로써 에너지 순환이 발생되는 것을 방지할 수 있어 동력전달효율이 우수한 하이브리드 차량의 동력전달장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is to solve the above-mentioned problems, by using three planetary gear set and a pair of clutches to diverge the power in the medium / high speed region, that is, hybrid mode by using three planetary gear set to prevent the power circulation It is an object of the present invention to provide a power transmission device for a hybrid vehicle having excellent transmission efficiency.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치는, 선기어, 링기어, 복수의 피니언 및 상기 복수의 피니언과 함께 회전되는 캐리어로 이루어지는 세 쌍의 유성기어세트를 포함하여 구성된다.A power transmission device for a hybrid vehicle according to the present invention for achieving the above object includes a three-pair planetary gear set consisting of a sun gear, a ring gear, a plurality of pinions and a carrier rotated together with the plurality of pinions. It is composed.
상기 세 쌍의 유성기어세트 중 제 1 유성기어세트는, 제 1 모터-제너레이터에 연결되는 제 1 선기어, 엔진에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 1 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 1 캐리어, 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 1 링기어를 포함하고; 상기 제 2 유성기어세트는, 제 2 선기어, 상기 제 1 캐리어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 2 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 2 캐리어, 상기 제 1 링기어와 차축에 연결되고 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 2 링기어를 포함하며; 상기 제 3 유성기어세트는, 제 2 모터-제너레이터에 연결되는 제 3 선기어, 상기 제 2 선기어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 3 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 3 캐리어, 상기 제 1 선기어에 연결되고 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 3 링기어를 포함하여 구성된다.A first planetary gear set of the three pairs of planetary gear sets includes a first sun gear connected to a first motor-generator, a first carrier connected to an engine and rotatably coupled to the first sun gear through one or more pinions; An inner circumferential surface includes a first ring gear circumscribed to the pinion; The second planetary gear set may include a second sun gear, a second carrier connected to the first carrier and rotatably coupled to the second sun gear through at least one pinion, and connected to the first ring gear and the axle and having an inner circumferential surface. A second ring gear that is rotated around the pinion; The third planetary gear set may include a third sun gear connected to a second motor-generator, a third carrier connected to the second sun gear and rotatably coupled to the third sun gear through one or more pinions, and the first sun gear. And a third ring gear which is connected to the inner circumferential surface and rotates externally to the pinion.
상기와 같이 구성되는 세 쌍의 유성기어세트로 이루어지는 하이브리드 차량의 동력전달장치는 상기 제 1 및 제 2 모터-제너레이터의 회전속도를 제어할 경우, 차축으로 전달되는 엔진의 회전속도를 제어할 수 있다.The power transmission device of a hybrid vehicle including three pairs of planetary gear sets configured as described above may control the rotation speed of the engine transmitted to the axle when the rotation speeds of the first and second motor-generators are controlled. .
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치를 도시하는 블록도이다.2 is a block diagram showing a power transmission device for a hybrid vehicle according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 엔진, 한 쌍의 모터-제너레이터 및 차축에 연결되어 상기 엔진 또는(및) 한 쌍의 모터-제너레이터에서 발생된 동력을 변속하여 차축으로 전달하는 장치이다.As shown in FIG. 2, a power transmission device for a hybrid vehicle according to the present invention is connected to an engine, a pair of motor-generators, and an axle to shift power generated by the engine or a pair of motor-generators. It is a device for transmitting to the axle.
본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치의 구성을 살펴보면, 선기어, 링기어, 복수의 피니언 및 상기 복수의 피니언과 함께 회전되는 캐리어로 이루 어지는 제 1 , 제 2 및 제 3 유성기어세트를 포함하여 구성된다.Looking at the configuration of the power transmission device for a hybrid vehicle according to the present invention, including a first gear, a second gear and a third planetary gear set consisting of a sun gear, a ring gear, a plurality of pinions and a carrier rotated together with the plurality of pinions do.
상기 제 1 유성기어세트는 엔진 및 제 1 모터-제너레이터에 직접 연결되어 상기 엔진 및 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력을 제 2 유성기어세트로 전달하거나 엔진에서 발생된 동력으로 제 1 모터-제너레이터를 구동시키기 위한 것으로, 차량을 시동시키거나 모터 모드 시 차량을 구동시키는 제 1 모터-제너레이터에 연결되는 제 1 선기어와, 차량의 엔진에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 1 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 1 캐리어와, 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 1 캐리어를 포함하여 구성된다.The first planetary gearset is directly connected to the engine and the first motor-generator to transfer power generated by the engine and the first motor-generator to a second planetary gearset or to generate a first motor-generator with power generated by the engine. A first sun gear connected to a first motor-generator for starting the vehicle or driving the vehicle in motor mode, and rotatably with the first sun gear via one or more pinions and connected to the engine of the vehicle; And a first carrier to be coupled, and a first carrier whose inner circumferential surface is rotated around the pinion.
상기 제 2 유성기어세트는 상기 제 1 및 제 3 유성기어세트와 기계적으로 연결되어 제 1 유성기어세트에서 전달된 동력을 제 3 유성기어세트와 차축으로 전달하거나 상기 제 1 및 제 3 유성기어세트에서 전달되는 동력을 차축으로 전달하기 위한 것으로, 제 2 선기어와, 상기 제 1 캐리어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 2 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 2 캐리어와, 상기 제 1 링기어와 차축에 연결되고 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전하는 제 2 링기어를 포함하여 구성된다.The second planetary gear set is mechanically connected to the first and third planetary gear sets to transfer power transmitted from the first planetary gear set to the third planetary gear set and the axle or to the first and third planetary gear sets. And a second sun gear, a second carrier connected to the first carrier and rotatably coupled to the second sun gear via at least one pinion, and the first ring gear. And a second ring gear connected to the axle, the inner circumferential surface of which rotates externally to the pinion.
상기 제 3 유성기어세트는 제 2 모터-제너레이터에 연결되어 상기 제 2 유성기어세트를 거쳐 전달되는 동력으로 제 2 모터-제너레이터를 구동시키거나 제 2 모터-제너레이터에서 발생된 동력을 제 2 유성기어세트로 전달하기 위한 것으로, 제 2 모터-제너레이터에 연결되는 제 3 선기어와, 상기 제 2 선기어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 3 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 3 캐리어와, 상기 제 1 선기어에 연결되고 내주면이 상기 피니언과 외접하여 회전하는 제 3 링기어를 포함하여 구성된다.The third planetary gear set is connected to a second motor-generator to drive the second motor-generator with power transmitted through the second planetary gearset or to generate power generated by the second motor-generator to the second planetary gear. A third sun gear connected to a second motor-generator, a third carrier connected to the second sun gear and rotatably coupled to the third sun gear via one or more pinions, and the first And a third ring gear connected to the sun gear and having an inner circumferential surface circumscribed with the pinion.
여기서, 상기 제 3 링기어는 상기 제 1 선기어와 고정점 사이에 연결되고, 제 1 선기어와 제 3 링기어 사이, 그리고 제 3 링기어와 고정점 사이에는 각각 제 1 및 제 2 클러치가 구비된다. 따라서 상기 제 3 링기어를 거쳐 제 1 선기어로 전달되는 동력은 제 1 클러치에 의해 단속되고, 제 1 선기어를 거쳐 고정점으로 전달되는 동력은 제 2 클러치에 의해 단속된다.Here, the third ring gear is connected between the first sun gear and the fixed point, and the first and second clutches are provided between the first sun gear and the third ring gear, and between the third ring gear and the fixed point, respectively. . Therefore, the power transmitted to the first sun gear via the third ring gear is intermittent by the first clutch, and the power transmitted to the fixed point via the first sun gear is intermittent by the second clutch.
이때, 상기 제 1 및 제 2 클러치는 소정의 제어모듈에 의해 작동되며, 상기 제어모듈에 의해 동력이 단속될 경우 제 1 및 제 2 모터-제너레이터의 회전속도를 제어할 수 있는 바, 에너지 순환량이 증대되어 동력전달효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.At this time, the first and second clutch is operated by a predetermined control module, when the power is interrupted by the control module can control the rotational speed of the first and second motor-generator bar, the energy circulation amount The increase in power transmission efficiency can be prevented. Detailed description thereof will be described later.
상기와 같이 구성된 세 쌍의 유성기어세트를 포함하는 본 발명 하이브리드 차량의 동력전달장치에 의한 동력전달과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the power transmission process by the power transmission device of the present invention hybrid vehicle comprising three pairs of planetary gear set configured as described above are as follows.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치의 모터 모드, 엔진 모드, 하이브리드 모드 및 회생제동 모드를 도시하는 블록도이다.3 to 6 are block diagrams showing a motor mode, an engine mode, a hybrid mode, and a regenerative braking mode of a power transmission device for a hybrid vehicle according to the present invention.
종래기술에서도 설명한 바와 같이, 하이브리드 차량은 모터 모드, 엔진 모드, 하이브리드 모드 및 회생제동 모드와 같은 4가지 모드로 동력을 전달하게 된다.As described in the prior art, the hybrid vehicle transmits power in four modes, such as a motor mode, an engine mode, a hybrid mode, and a regenerative braking mode.
우선, 모터 모드는 차량을 발진시키거나 저속으로 주행할 경우에 적용되는 모드이다. 도 3을 참조하면, 상기 모터 모드 시 제 1 모터-제너레이터는 도면에 도시되지 않은 배터리의 전기 에너지에 의해 구동되고, 이에 의해 발생되는 동력은 제 1 선기어, 제 1 캐리어 및 제 1 링기어를 거쳐 제 2 링기어로 전달된다. 그 후, 상기 제 2 링기어와 차축을 연결시키는 별도의 기어 또는 체인에 의해 차축으로 전달되어 차량을 발진시키거나 저속으로 주행토록 한다.First, the motor mode is a mode that is applied when the vehicle starts or runs at a low speed. Referring to FIG. 3, in the motor mode, the first motor-generator is driven by electrical energy of a battery not shown in the drawings, and the power generated by the first motor-generator is passed through the first sun gear, the first carrier and the first ring gear. It is delivered to the second ring gear. Thereafter, it is transmitted to the axle by a separate gear or chain connecting the second ring gear and the axle to start the vehicle or to drive at a low speed.
이때, 상기 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력은 상기 제 1 캐리어에서 엔진과 제 1 링기어로 분기되어 전달된다. 이 중에서 상기 제 1 링기어로 분기된 동력은 상술한 경로, 즉 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달되어 차량을 발진시키거나 저속으로 주행시키게 된다. 반면, 상기 엔진으로 분기된 동력은 필요에 따라 엔진을 회전시켜 시동을 걸게 되는데, 이와 같은 엔진의 시동 여부는 소정의 제어모듈에 의해 제어된다.At this time, the power generated in the first motor-generator is transferred to the engine and the first ring gear in the first carrier. Among these, the power branched to the first ring gear is transmitted to the axle through the above-described path, that is, the first ring gear and the second ring gear, so that the vehicle starts or runs at a low speed. On the other hand, the power branched to the engine is started by rotating the engine as needed, and whether the engine is started is controlled by a predetermined control module.
한편, 상기 모터 모드 시 상기 제 1 모터-제너레이터는 정지된 상태의 엔진을 구동시키거나 차량을 발진 또는 주행시키는데 사용되는 바, 모터의 역할만을 수행하게 된다.Meanwhile, in the motor mode, the first motor-generator is used to drive an engine in a stationary state or to start or drive a vehicle, and thus performs only a role of a motor.
엔진 모드는 차량의 속도가 일정 속도 이상이 되어 고연비를 구현할 수 있을 때 적용되는 모드로 도 4에 도시된 바와 같이, 모터 모드에서 시동이 걸린 엔진만 구동하고 제 1 모터-제너레이터는 구동하지 않는다. 즉, 상기 엔진에서 발생된 동력은 상기 제 1 캐리어, 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달되어 차량의 속도를 일정 속도 이상 유지시킨다.The engine mode is a mode that is applied when the speed of the vehicle is higher than a predetermined speed to realize high fuel efficiency. As shown in FIG. 4, only the engine started in the motor mode is driven and the first motor-generator is not driven. That is, the power generated by the engine is transmitted to the axle through the first carrier, the first ring gear and the second ring gear to maintain the speed of the vehicle at a predetermined speed or more.
이때, 상기 엔진에서 발생되는 동력은 상기 제 1 캐리어에서 제 1 선기어와 제 1 링기어로 분기될 수 있으나, 동력이 분기될 경우 차축으로 전달되는 동력이 감소하여 차량의 주행이 어려워질 수 있으므로 엔진 모드에서는 동력을 분기하지 않고 모두 차축으로 전달한다.In this case, the power generated by the engine may be branched from the first carrier to the first ring gear and the first ring gear, but when the power is branched, the power transmitted to the axle may be reduced, which may make driving of the vehicle difficult. In mode, all power is transferred to the axle without branching power.
하이브리드 모드는 차량의 전출력 주행 시에 적용되는 모드로 엔진 및 제 1 모터-제너레이터가 모두 구동되며, 상기 엔진 및 제 1 모터-제너레이터를 통해 발생되는 동력은 각각 세 쌍의 유성기어세트를 거쳐 차축 및 제 2 모터-제너레이터로 전달된다.Hybrid mode is a mode that is applied when the vehicle is running at full power, and both the engine and the first motor-generator are driven, and the power generated by the engine and the first motor-generator is respectively axle via three pairs of planetary gear sets. And a second motor-generator.
상기 하이브리드 모드는 중속영역에서와 고속영역에서 각각 제 1 복합 분기 모드와 제 2 복합 분기 모드로 동력이 전달되고, 상기 제 1 복합 분기 모드와 제 2 복합 분기 모드는 다시 순환과정과 분기과정으로 분리된다.In the hybrid mode, power is transmitted to the first compound branch mode and the second compound branch mode in the medium speed region and the high speed region, respectively, and the first compound branch mode and the second compound branch mode are separated into a cyclic process and a branch process. do.
상기와 같은 하이브리드 모드에 대한 상세한 설명은 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명하도록 한다.A detailed description of the hybrid mode as described above will be provided with reference to FIGS. 6 to 9.
회생제동 모드는 차량의 타력 주행 또는 감속 시 적용되는 모드이다. 도 5를 참조하면, 회생제동 모드에서는 엔진 및 제 1 모터-제너레이터에서 동력을 발생시키지 아니하고, 차축에서 발생된 동력으로 제 1 모터-제너레이터가 구동하게 된다. 즉, 주행하는 차량의 차축에 의해 발생되는 동력은 제 2 링기어, 제 1 링기어, 제 1 캐리어 및 제 1 선기어를 거쳐 제 1 모터-제너레이터로 전달된다. 이와 같이 전달된 동력은 상기 제 1 모터-제너레이터를 구동시켜 전기를 발생시키는 바, 제 1 모터-제너레이터는 발전기 역할을 수행하게 된다.The regenerative braking mode is a mode applied when driving or decelerating a vehicle. Referring to FIG. 5, in the regenerative braking mode, the first motor-generator is driven by the power generated in the axle without generating power in the engine and the first motor-generator. That is, the power generated by the axle of the traveling vehicle is transmitted to the first motor-generator via the second ring gear, the first ring gear, the first carrier and the first sun gear. The power transmitted as described above drives the first motor-generator to generate electricity. The first motor-generator serves as a generator.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 하이브리드 모드 중 제 1 및 제 2 복합 분기 모드에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the first and second composite branch modes of the hybrid mode will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 9.
도 6a 및 도 6b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 1 복합 분기 모드의 순환과정을 도시하는 블록도 및 개략도이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 1 복합 분기 모드의 분기과정을 도시하는 블록도 및 개략도이다.6A and 6B are block diagrams and schematic diagrams illustrating a circulation process of the first compound branch mode by the hybrid vehicle power train according to the present invention, and FIGS. 7A and 7B are a first composite by the power train device according to the present invention. A block diagram and a schematic diagram showing the branching process of the branching mode.
차량이 중속으로 주행할 때 적용되는 제 1 복합 분기 모드는 다시 순환과정과 분기과정으로 나뉘며, 이 중에서 순환과정은 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도가 느릴 경우 적용되고, 분기과정은 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도보다 빠를 경우 적용된다.The first compound branch mode, which is applied when the vehicle is traveling at medium speed, is divided into a circulation process and a branch process again, wherein the circulation process is applied when the rotation speed of the engine is low and the rotation speed of the first motor-generator is low. Applies when the engine speed is higher than that of the first motor-generator.
도 6a와 도 6b에 도시된 바와 같이, 제 1 복합 분기 모드는 제 1 클러치를 연결함으로써 구현되고, 상기 제 1 복합 분기 모드 중 순환과정 시 엔진 및 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력의 전달 과정을 살펴보면 다음과 같다.As shown in FIGS. 6A and 6B, a first compound branch mode is implemented by connecting a first clutch, and a power transfer process generated in an engine and a first motor-generator during a circulation process among the first compound branch modes. Looking at it as follows.
엔진에서 발생된 동력은 제 1 캐리어에서 제 1 선기어, 제 1 링기어 및 제 2 캐리어로 분기되어 차축으로 전달된다. 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 제 3 링기어, 제 3 캐리어, 제 2 선기어, 제 2 캐리어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 1 링기어로 분기된 동력은 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 2 캐리어로 분기된 동력은 상기 제 1 선기어로 분기되어 전달되는 동력과 합쳐져 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다.Power generated in the engine is branched from the first carrier to the first sun gear, the first ring gear and the second carrier and transmitted to the axle. The branched power is transmitted to the axle via a third ring gear, a third carrier, a second sun gear, a second carrier and a second ring gear. The branched power is transmitted to the axle via the first ring gear and the second ring gear. The power branched to the second carrier is combined with the power branched to the first sun gear and transmitted to the axle via the second ring gear.
또한, 제 1 모터-제너레이터에서 발생되는 동력은 상기 제 1 선기어에서 분기되어 일부는 제 3 링기어, 제 3 캐리어, 제 2 선기어, 제 2 캐리어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달되고, 나머지는 상기 제 2 캐리어를 통해 상술한 경로를 거쳐 차축으로 전달된다.In addition, the power generated in the first motor-generator is branched from the first sun gear and partly transmitted to the axle via the third ring gear, the third carrier, the second sun gear, the second carrier and the second ring gear, and the rest. Is transmitted to the axle via the above-described path via the second carrier.
이때, 엔진에서 발생된 동력 중 상기 제 1 선기어로 분기된 동력는 상기 제 1 선기어에서 상기 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력과 합쳐 상술한 경로(제 3 링기어, 제 3 캐리어, 제 2 선기어, 제 2 캐리어 및 제 2 링기어)를 따라 차축으로 전달된다. 또한, 상기와 같은 경로를 따라 전달되는 동력 중 일부는 상기 제 3 캐리어에서 분기되어 제 2 모터-제너레이터를 구동시키게 되는 바, 상기 제 2 모터-제너레이터는 전기 에너지를 발생시켜 상기 제 1 모터-제너레이터를 구동시키게 된다.At this time, the power branched from the first sun gear among the power generated from the engine is combined with the power generated from the first motor-generator in the first sun gear (the third ring gear, the third carrier, the second sun gear, Second carrier and second ring gear) to the axle. In addition, some of the power transmitted along the path is branched from the third carrier to drive the second motor-generator, the second motor-generator generates electrical energy to generate the first motor-generator Will be driven.
이러한 제 1 복합 분기 모드의 순환과정은 제 1 모터-제너레이터의 회전속도가 엔진의 회전속도보다 빠를 경우에만 가능하다. 즉, 상기 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력이 엔진에서 발생된 동력보다 커야만 엔진에서 발생된 동력이 제 1 모터-제너레이터 측으로 분기되지 아니한다.This cycle of the first compound branch mode is possible only when the rotation speed of the first motor-generator is faster than the rotation speed of the engine. That is, the power generated in the engine does not branch to the first motor-generator side only when the power generated in the first motor-generator is greater than the power generated in the engine.
상기와 같은 상태에서 엔진의 회전속도가 상승하여 제 1 모터-제너레이터의 회전속도를 추월하게 되면, 종래기술에서 설명한 바와 같이 에너지 순환이 발생되고 동력 전달 효율이 저하된다.When the rotational speed of the engine rises in such a state to overtake the rotational speed of the first motor-generator, energy circulation occurs and power transmission efficiency decreases as described in the related art.
따라서 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도를 추월하게 되면, 제어모듈은 제 1 복합 분기 모드의 순환과정이 아닌 분기과정으로 동력을 전달하게 된다.Therefore, when the rotational speed of the engine exceeds the rotational speed of the first motor-generator, the control module transmits power to the branching process rather than the circulation process of the first compound branching mode.
도 7a와 도 7b를 참조하여 제 1 복합 분기 모드의 분기과정 시 동력의 전달 경로를 살펴보면 다음과 같다.Referring to FIGS. 7A and 7B, the power transmission path during the branching process of the first compound branching mode is as follows.
엔진에서 발생된 동력은 제 1 캐리어에서 제 1 선기어 와 제 1 링기어로 분기되어 차축으로 전달된다. 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 제 3 링기어, 제 3 캐리어, 제 2 선기어, 제 2 캐리어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 1 링기어로 분기된 동력은 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 2 캐리어로 분기된 동력은 상기 제 1 선기어로 분기되어 전달되는 동력과 합쳐져 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다.Power generated in the engine is branched from the first carrier to the first sun gear and the first ring gear and transmitted to the axle. The branched power is transmitted to the axle via a third ring gear, a third carrier, a second sun gear, a second carrier and a second ring gear. The branched power is transmitted to the axle via the first ring gear and the second ring gear. The power branched to the second carrier is combined with the power branched to the first sun gear and transmitted to the axle via the second ring gear.
이때, 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 제 1 선기어에서 다시 분기되어 제 1 모터-제너레이터를 구동시키고, 상기 제 1 모터-제너레이터는 전기 에너지를 발생시켜 상기 제 2 모터-제너레이터를 구동시키게 된다. 전기 에너지에 의해 구동되는 제 2 모터-제너레이터에서는 동력이 발생되고, 발생된 동력은 제 3 선기어를 거쳐 제 3 캐리어로 전달되어 제 1 선기어에서 분기된 동력과 합쳐 차축으로 전달된다.At this time, the power branched to the first sun gear branches again from the first sun gear to drive the first motor-generator, and the first motor-generator generates electric energy to drive the second motor-generator. Power is generated in the second motor-generator driven by electrical energy, and the generated power is transmitted to the third carrier via the third sun gear and combined with the power branched from the first sun gear to the axle.
따라서 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도보다 빠르더라도 에너지 순환이 발생되지 아니하며, 동력 전달 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, even if the rotational speed of the engine is faster than the rotational speed of the first motor-generator, no energy circulation occurs and it is possible to prevent the power transmission efficiency from being lowered.
하지만, 상기와 같은 제 1 복합 분기 모드(순환과정과 분기과정을 포함하는 )는 하이브리드 모드 시 차량이 중속으로 운행할 경우에 적용되고, 차량이 고속으로 운행할 경우에는 적용이 불가능하다.However, the first compound branching mode (including the circulation process and the branching process) as described above is applied when the vehicle runs at a medium speed in the hybrid mode, and is not applicable when the vehicle runs at a high speed.
도 8a 및 도 8b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 2 복합 분기 모드의 순환과정을 도시하는 블록도 및 개략도이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 2 복합 분기 모드의 분기과정을 도시하는 블록도 및 개략도이다.8A and 8B are block diagrams and schematic diagrams illustrating a circulation process of a second compound branch mode by the hybrid vehicle power train of the present invention, and FIGS. 9A and 9B are a second composite device by the hybrid vehicle power train of the present invention. A block diagram and a schematic diagram showing the branching process of the branching mode.
차량이 고속으로 주행할 때 적용되는 제 2 복합 분기 모드는 상기 제 1 복합 분기 모드와 마찬가지로 순환과정과 분기과정으로 나뉘며, 이 중에서 순환과정은 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도가 느릴 경우 적용되고, 분기과정은 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도보다 빠를 경우 적용된다.The second compound branching mode applied when the vehicle is traveling at a high speed is divided into a circulation process and a branching process like the first compound branching mode, in which the rotational speed of the engine is increased by the rotational speed of the first motor-generator. It is applied when it is slow and the branching process is applied when the engine speed is faster than that of the first motor-generator.
도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같이, 제 2 복합 분기 모드는 제 2 클러치를 연결함으로써 구현되고, 상기 제 2 복합 분기 모드 중 순환과정 시 엔진 및 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력의 전달 과정을 살펴보면 다음과 같다.As shown in FIGS. 8A and 8B, the second compound branch mode is implemented by connecting a second clutch, and the power transfer process generated in the engine and the first motor-generator during the circulation process in the second compound branch mode. Looking at it as follows.
엔진에서 발생된 동력은 제 1 캐리어에서 제 1 선기어, 제 1 링기어 및 제 2 캐리어로 분기되어 차축으로 전달된다. 상기 제 1 링기어로 분기된 동력은 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 2 캐리어로 분기된 동력은 상기 제 1 선기어로 분기되어 전달되는 동력과 합쳐져 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 반면, 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 제 1 클러치가 차단된 상태이므로 제 3 링기어로 전달되지 아니한다. 즉, 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 0에 가깝다. 따라서 엔진에서 발생된 대부분의 동력은 상기 제 1 링기어와 제 2 캐리어를 거쳐 차축으로 전달된다.Power generated in the engine is branched from the first carrier to the first sun gear, the first ring gear and the second carrier and transmitted to the axle. The branched power is transmitted to the axle via the first ring gear and the second ring gear. The power branched to the second carrier is combined with the power branched to the first sun gear and transmitted to the axle via the second ring gear. On the other hand, the power branched to the first sun gear is not transmitted to the third ring gear because the first clutch is blocked. That is, the power branched to the first sun gear is close to zero. Therefore, most of the power generated by the engine is transmitted to the axle via the first ring gear and the second carrier.
또한, 제 1 모터-제너레이터에서 발생되는 동력은 상기 제 1 선기어, 제 1 캐리어로 전달되고, 상술한 경로를 거쳐 차축으로 전달된다.In addition, power generated in the first motor-generator is transmitted to the first sun gear and the first carrier, and is transmitted to the axle through the above-described path.
이때, 제 2 캐리어로 전달되는 동력의 일부는 제 2 선기어로 분기되어 제 3 캐리어 및 제 3 선기어를 거쳐 제 2 모터-제너레이터로 전달된다. 이에 상기 제 2 모터-제너레이터를 구동하게 되고, 전기 에너지를 발생시켜 상기 제 1 모터-제너레이터를 구동시키게 된다.At this time, a part of the power transmitted to the second carrier is branched to the second sun gear and transmitted to the second motor-generator via the third carrier and the third sun gear. Accordingly, the second motor-generator is driven, and electric energy is generated to drive the first motor-generator.
이러한 제 2 복합 분기 모드의 순환과정은 상기 제 1 복합 분기 모드의 순환과정과 동일한 문제점을 갖고 있다. 따라서 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도를 추월하게 되면, 제어모듈은 제 2 복합 분기 모드의 순환과정이 아닌 분기과정으로 동력을 전달하게 된다.The cyclic process of the second compound branch mode has the same problem as the cyclic process of the first compound branch mode. Therefore, when the rotation speed of the engine exceeds the rotation speed of the first motor-generator, the control module transmits power to the branching process rather than the circulation process of the second compound branching mode.
도 9a와 도 9b를 참조하여 제 2 복합 분기 모드의 분기과정 시 동력의 전달 경로를 살펴보면 다음과 같다.9A and 9B, the power transmission path during the branching process of the second compound branching mode is as follows.
엔진에서 발생된 동력은 제 1 캐리어에서 제 1 선기어, 제 1 링기어 및 제 2 캐리어로 분기되어 차축으로 전달된다. 상기 제 1 링기어로 분기된 동력은 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 2 캐리어로 분기된 동력은 상기 제 1 선기어로 분기되어 전달되는 동력과 합쳐져 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 반면, 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 제 1 클러치가 차단된 상태이므로 제 1 모터-제너레이터로 전달되고, 상기 제 1 모터-제너레이터는 전기 에너지를 발생시켜 상기 제 2 모터-제너레이터를 구동시키게 된다. 전기 에너지에 의해 구동되는 제 2 모터-제너레이터에서는 동력이 발생되고, 발생된 동력은 제 3 선기어를 거쳐 제 3 캐리어로 전달되어 제 1 선기어에서 분기된 동력과 합쳐 차축으로 전달된다.Power generated in the engine is branched from the first carrier to the first sun gear, the first ring gear and the second carrier and transmitted to the axle. The branched power is transmitted to the axle via the first ring gear and the second ring gear. The power branched to the second carrier is combined with the power branched to the first sun gear and transmitted to the axle via the second ring gear. On the other hand, the power branched to the first sun gear is transmitted to the first motor-generator because the first clutch is blocked, and the first motor-generator generates electric energy to drive the second motor-generator. . Power is generated in the second motor-generator driven by electrical energy, and the generated power is transmitted to the third carrier via the third sun gear and combined with the power branched from the first sun gear to the axle.
따라서 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도보다 빠르더라도 에너지 순환이 발생되지 아니하며, 동력 전달 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, even if the rotational speed of the engine is faster than the rotational speed of the first motor-generator, no energy circulation occurs and it is possible to prevent the power transmission efficiency from being lowered.
상술한 바와 같은 제 1 및 제 2 복합 분기 모드와, 각 복합 분기 모드의 순환과정과 분기과정은 소정의 제어모듈에 의해 변환이 이루어진다. 이때, 상기 제어모듈은 엔진과 상기 동력전달장치의 출력축 사이의 회전속도 비에 따라 제 1 및 제 2 클러치를 이용하여 제 1 및 제 2 복합 분기 모드를 변환시키고, 제 1 및 제 2 모터-제너레이터의 회전속도에 따라 각 복합 분기 모드를 순환과정과 분기과정으로 변환시킨다.As described above, the first and second compound branching modes, the circulation process and the branching process of each compound branching mode are converted by a predetermined control module. At this time, the control module converts the first and second composite branch modes using the first and second clutches according to the rotational speed ratio between the engine and the output shaft of the power transmission device, and the first and second motor-generators. Each compound branch mode is converted into a cyclic process and a branch process according to the rotation speed of
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치의 구성 및 동력 전달 과정을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.As described above, the configuration and power transmission process of the power transmission device of the hybrid vehicle according to the preferred embodiment of the present invention is shown in accordance with the above description and drawings, but this is merely described as an example and the technical spirit of the present invention. Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing.
이상과 같이 본 발명 하이브리드 차량의 동력전달장치는, 세 개의 유성기어세트와 한 쌍의 클러치를 사용하여 중/고속 영역, 즉 하이브리드 모드에서 동력을 순환 또는 분기시킴으로써 에너지 순환이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 동력 전달 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.As described above, the power transmission device of the hybrid vehicle of the present invention can prevent generation of energy circulation by circulating or branching power in a medium / high speed region, that is, a hybrid mode, using three planetary gear sets and a pair of clutches. And, accordingly there is an advantage that can be prevented that the power transmission efficiency is lowered.
또한, 중/고속 영역에서 각각 효율이 높은 과정(순환 또는 분기)을 선택하여 주행할 수 있으면, 특히 고속 영역에서는 모터의 역할을 하는 모터-제너레이터의 속도를 낮출 수 있는 장점이 있다.In addition, if a high efficiency process (circulation or branching) can be selected for driving in the medium / high speed region, the speed of the motor-generator acting as a motor can be lowered, particularly in the high speed region.
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