KR20210072215A - 하이브리드 차량용 동력전달장치 - Google Patents

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KR20210072215A
KR20210072215A KR1020190161904A KR20190161904A KR20210072215A KR 20210072215 A KR20210072215 A KR 20210072215A KR 1020190161904 A KR1020190161904 A KR 1020190161904A KR 20190161904 A KR20190161904 A KR 20190161904A KR 20210072215 A KR20210072215 A KR 20210072215A
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shaft
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planetary gear
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KR1020190161904A
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황성욱
어순기
유일한
김동우
최용석
박종효
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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    • 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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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
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    • F16H3/66—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another
    • F16H3/663—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another with conveying rotary motion between axially spaced orbital gears, e.g. RAVIGNEAUX
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    • 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
    • F16H3/62—Gearings having three or more central gears
    • F16H3/66—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another
    • F16H3/666—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another with compound planetary gear units, e.g. two intermeshing orbital gears
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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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    • B60K6/22—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
    • 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
    • B60K2006/381—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 characterized by driveline brakes
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Abstract

하이브리드 차량용 동력전달장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치는 변속기의 구조를 최대한 단순화하면서 다단의 엔진 모드와 패러렐 하이브리드 모드, 및 전자적 무단변속 모드(eCVT 모드)와 전자자동차 모드(EV 모드) 등의 다양한 변속 모드를 추가하여 원가 절감 및 동등 변속기 이상의 연비 및 동력 성능을 구현하도록,
엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치에 있어서, 입력축; 유성캐리어를 공유하는 상기 제1, 제2 유성기어세트의 연결 조합으로 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 회전요소를 보유하는 복합유성기어세트; 상기 제1 회전요소와 고정 연결되며, 상기 모터/제너레이터와 고정 연결되고, 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제1축; 상기 제2 회전요소와 고정 연결되며, 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제2축; 상기 제3 회전요소와 고정 연결되며, 변속기하우징에 선택적으로 연결되는 제3축; 상기 제4 회전요소와 고정 연결되는 제4축; 상기 제5 회전요소와 출력기어를 직접 연결하는 제5축; 상기 제2축과 상기 제4축에 선택적으로 연결되며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제6축; 축과 축을 선택적으로 연결하는 클러치와, 축과 변속기하우징을 연결하는 브레이크로 이루어지는 복수의 결합요소; 및 상기 제6축을 상기 제2축 또는 상기 제4축에 선택적으로 동력 연결하는 체결유닛을 포함한다.

Description

하이브리드 차량용 동력전달장치{POWER TRANSMISSION SYSTEM OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량용 동력전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변속기의 구조를 최대한 단순화하면서 다양한 변속 모드를 추가하여 원가 절감 및 동등 변속기 이상의 연비 및 동력 성능을 구현하는 하이브리드 차량용 동력전달장치에 관한 것이다.
자동차의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심기술로서, 선진 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.
이에 따라, 각 자동차 메이커들은 전기 자동차(EV : Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(HEV : Hybrid Electric Vehicle), 연료전지 자동차(FCEV : Fuel Cell Electric Vehicle)등을 미래형 자동차 기술로서 개발하고 있다.
상기와 같은 미래형 자동차는 중량 및 원가 등 여러 가지 기술적인 제약이 있기 때문에 자동차 메이커에서는 배기가스 규제를 만족시키고, 연비 성능의 향상을 위한 현실적인 문제의 대안으로서 하이브리드 자동차에 주목하고 있으며, 이를 실용화하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.
하이브리드 자동차는 2개 이상의 동력원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있으며, 동력원으로는 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과 전기 에너지에 의하여 구동되는 모터/제너레이터가 혼합되어 사용된다.
이러한 하이브리드 자동차는 엔진과 모터/제너레이터의 조합에 따라 모터/제너레이터만으로 구동되는 EV모드, 엔진과 모터/제너레이터의 동시 구동에 의한 HEV모드와, 엔진만으로 구동되는 엔진모드의 구현이 가능하다. 또한, 차량 정지 시, 엔진을 정지시키는 아이들 정지(Idle Stop & Go), 차량의 제동 시, 기존의 마찰에 의한 제동 대신에 차량의 운동에너지를 이용하여 모터/제너레이터를 구동하고, 이때 발생되는 전기 에너지를 배터리에 저장하였다가 차량의 구동시 재사용하는 회생제동(Regenertive Braking)등의 기술 적용으로 연료 사용을 저감하여 대폭적인 연비 개선 효과를 얻을 수 있다.
최근 양산되는 하이브리드 차량용 변속기는 엔진과 모터/제너레이터가 자동변속기로 동력을 전달하는 전동화 변속기로, 6속 자동변속기에 하나의 모터/제너레이터와 엔진 클러치를 추가해서 6속의 엔진 모드, 6속의 하이브리드 모드, 6속의 EV 모드를 구현하는 구조이다.
그러나 이러한 하이브리드 차량용 변속기는 3개의 유성기어세트와 6개의 작동요소, 적어도 하나의 원웨이 클러치(OWC)가 적용되는 구조로, 기존 6속 자동변속기에 모터/제너레이터와 엔진 클러치를 추가하는 구조로, 원가 상승의 원인이되며, 예측되는 단순한 변속 모드로만 구현되어 연비 및 동력 성능에 있어서는 부족한 단점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 변속기의 구조를 최대한 단순화하면서 다단의 엔진 모드와 패러렐 하이브리드 모드, 및 전자적 무단변속 모드(eCVT 모드)와 전자자동차 모드(EV 모드) 등의 다양한 변속 모드를 추가하여 원가 절감 및 동등 변속기 이상의 연비 및 동력 성능을 구현할 수 있는 하이브리드 차량용 동력전달장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치에 있어서, 엔진의 회전동력이 입력되는 입력축; 유성캐리어를 공유하는 상기 제1, 제2 유성기어세트의 연결 조합으로 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 회전요소를 보유하는 복합유성기어세트; 상기 제1 회전요소와 고정 연결되며, 상기 모터/제너레이터와 고정 연결되고, 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제1축; 상기 제2 회전요소와 고정 연결되며, 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제2축; 상기 제3 회전요소와 고정 연결되며, 변속기하우징에 선택적으로 연결되는 제3축; 상기 제4 회전요소와 고정 연결되는 제4축; 상기 제5 회전요소와 출력기어를 직접 연결하는 제5축; 상기 제2축과 상기 제4축에 선택적으로 연결되며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제6축; 축과 축을 선택적으로 연결하는 클러치와, 축과 변속기하우징을 연결하는 브레이크로 이루어지는 복수의 결합요소; 및 상기 제6축을 상기 제2축 또는 상기 제4축에 선택적으로 동력 연결하는 체결유닛을 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치가 제공될 수 있다.
상기 복합유성기어세트는 상기 제1 유성기어세트가 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지고, 제2 유성기어세트가 더블 피니언 유성기어세트로 이루어져 유성캐리어를 공유하는 래비뉴 타입으로 이루어지며, 상기 제1 회전요소가 제1 선기어로 이루어지고, 상기 제2 회전요소가 공유 유성캐리어로 이루어지고, 상기 제3 회전요소가 제1 링기어로 이루어지고, 상기 제4 회전요소가 제2 선기어로 이루어지고, 상기 제5 회전요소가 제2 링기어로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 복수의 결합요소는 상기 제1축과 상기 입력축 사이에 구성되는 제1 클러치; 상기 제2축과 상기 입력축 사이에 구성되는 제2 클러치; 상기 제6축과 변속기하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크; 및 상기 제3축과 변속기하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크를 포함할 수 있다.
또한, 상기 체결유닛은 도그 클러치 유닛으로 이루어질 수 있으며, 상기 도그 클러치 유닛은 상기 제6축의 내경부에 형성되는 제6축 기어; 상기 제2축의 외경부에 형성되는 제2축 기어; 상기 제4축의 외경부에 형성되는 제4축 기어; 및 외경부를 통하여 상기 제6축 기어에 상시 치합된 상태로, 내경부를 통하여 상기 제2축 기어와 상기 제4축 기어에 선택적으로 치합되어 상기 제6축에 상기 제2축 또는 제4축을 선택적으로 연결하는 클러치 기어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 차량용 동력전달장치는 6개의 고정변속단으로 이루어지는 엔진 모드와 페레럴 하이브리드 모드, 1개의 전자적 무단변속 모드, 및 3개의 고정변속단으로 이루어지는 전자자동차 모드를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 2개의 유성기어세트만을 적용하여 변속기의 구조를 최대한 단순화하면서 6단의 엔진 모드와 패러렐 하이브리드 모드, 및 하나의 전자적 무단변속 모드(eCVT 모드)와 3단의 전자자동차 모드(EV 모드) 등의 다양한 변속 모드를 추가하여 구현할 수 있으며, 이로 인해 원가 절감 및 동등 변속기 이상의 연비 및 동력 성능을 구현할 수 있다.
또한, 기존 6단 변속기에 비하여 유성기어세트의 수를 줄일 수 있어 전장을 축소 및 차량 탑재성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 도그 클러치 유닛을 적용하여 비 계합 습식 클러치의 수를 줄여 동력전달효율을 향상시킴과 동시에, 저단에 적합한 기어비를 갖는 eCVT 모드를 구현할 수 있으며, City 모드 주행 시, eCVT 모드를 사용하여 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 도그 클러치 유닛을 통하여 브레이크의 작동을 제어함으로써, 도그 클러치 유닛의 중립 상태를 이용하여 브레이크의 드래그 손실을 배제할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 작동 모드표이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치는 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)를 동력원으로 하며, 입력축(IS), 상기 입력축(IS)을 통해 전달되는 엔진(ENG)과 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력을 6개의 고정변속단으로 변속하여 출력기어(OG)를 통해 출력하는 복합유성기어세트(CPG)와, 6개의 축(TM1 ~ TM6)과, 복수의 결합요소 및 체결유닛을 포함한다.
상기 입력축(IS)은 엔진(ENG)의 회전동력이 상시 입력된다.
상기 엔진(ENG)은 주 동력원으로서, 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등의 공지된 각종 엔진이 이용될 수 있다.
상기 모터/제너레이터(MG)는 상기 유성기어세트부(PG)와 동력 연결되어 보조 동력원으로 사용된다.
상기 모터/제너레이터(MG)는 공지와 같이 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 각각 변속기하우징에 고정되는 스테이터(ST)와, 상기 스테이터(ST)의 반경방향 내측에서 회전 가능하게 지지되는 로터(RT)를 포함하여 이루어지며, 구동 모터와 제너레이터 기능을 수행할 수 있다.
상기 복합유성기어세트(CPG)는 싱글 피니언 유성기어세트인 제1 유성기어세트(PG1)와 더블 피니언 유성기어세트인 제2 유성기어세트(PG2)의 연결 조합으로 유성캐리어를 공유하는 래비뉴 타입으로 이루어진다.
즉, 상기 복합유성기어세트(CPG)는 공유 유성캐리어(PC12)가 적용되어 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)의 연결 조합으로 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 회전요소(N1)(N2)(N3)(N4)(N5)를 보유한다.
상기 제1 회전요소(N1)가 제1 선기어(S1)로 이루어지고, 상기 제2 회전요소(N2)가 공유 유성캐리어(PC12)로 이루어지고, 상기 제3 회전요소(N3)가 제1 링기어(R1)로 이루어지고, 상기 제4 회전요소(N4)가 제2 선기어(S2)로 이루어지고, 상기 제5 회전요소(N5)가 제2 링기어(R2)로 이루어진다.
그리고 상기 복합유성기어세트(CPG)에는 상기 6개의 축(TM1 ~ TM6)이 연결 조합되는데,
제1축(TM1)은 제1 회전요소{N1; 제1 선기어(S1)}와 고정 연결되며, 상기 모터/제너레이터(MG)와 고정 연결되며, 상기 입력축(IS)과 선택적으로 연결된다.
즉, 상기 제1축(TM1)은 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 상시 입력되는 입력요소 작동하고, 상기 입력축(IS)의 회전동력은 선택적으로 입력되는 선택적 입력요소로 작동한다.
제2축(TM2)은 제2 회전요소{N2; 공유 유성캐리어(PC12)}와 고정 연결되며, 상기 입력축(IS)과 선택적으로 연결되면서 선택적인 입력요소로 작동된다.
제3축(TM3)은 제3 회전요소{N3; 제1 링기어(R1)}와 고정 연결되며, 변속기하우징(H)에 선택적으로 연결되면서 선택적인 고정요소로 작동된다.
제4축(TM4)은 제4 회전요소{N4; 제2 선기어(S2)}와 고정 연결된다.
제5축(TM5)은 제5 회전요소{N5; 제2 링기어(R2)}와 고정 연결되며, 출력기어(OG)와 고정 연결되어 상시 출력요소로 작동된다.
제6축(TM6)은 상기 제2 유성기어세트(PG2)의 일측에 배치되어 상기 제2축(TM2)과 상기 제4축(TM4)에 선택적으로 연결되며, 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되면서 상기 제2축(TM2) 또는 제4축(TM4)과 함께 선택적인 고정요소로 작동된다.
여기서, 6개의 축(TM1 ~ TM6)은 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)들의 회전요소 중, 복수의 회전요소를 고정적으로 연결하거나, 선택적으로 연결하기 위해 연결된 회전요소와 함께 회전하면서 동력을 전달하는 회전부재일 수 있으며, 상기 회전요소를 변속기하우징(H)과 선택적으로 연결하는 회전부재이거나, 또는 상기 회전요소를 변속기하우징(H)과 직접 연결하여 고정하는 고정부재일 수 있다.
또한, 상기의 기재에서, 고정 연결(Fixedly connected) 또는 이와 유사한 용어는 입력축과 모터축을 포함하여 해당 축을 통하여 연결된 복수의 회전요소와 해당 축이 서로 회전수의 차이 없이 회전하도록 연결되는 것을 의미한다. 즉, 고정 연결된 복수의 회전요소와 해당 축은 동일한 회전방향 및 회전수로 회전한다.
또한, 상기의 기재에서, 선택적 연결(Selectively connected) 또는 이와 유사한 용어는 입력축과 모터축을 포함하여 복수의 축이 결합요소를 통해 동일한 회전방향 및 회전수로 회전 가능하도록 연결되거나, 해당 축이 결합요소를 통해 변속기하우징에 고정 가능하도록 연결되는 것을 의미한다.
즉, 결합요소가 복수의 축을 선택적으로 연결하는 경우, 결합요소가 작동하면, 복수의 축은 동일한 회전방향 및 회전수로 회전하고, 결합요소가 해제되면, 복수의 축의 연결이 해제된다.
또한, 결합요소가 해당 축과 변속기하우징을 선택적으로 연결하는 경우, 결합요소가 작동하면, 해당 축은 변속기하우징에 고정적으로 연결되어 고정되고, 결합요소가 해제되면, 해당 축은 회전 가능한 상태가 된다.
그리고 상기 6개의 축(TM1 ~ TM6)과 입력축(IS)을 포함하여, 축끼리 상호 선택적으로 연결되는 부분에는 결합요소인 2개의 클러치(C1)(C2)와 체결유닛인 도그 클러치 유닛(DC)이 배치된다.
또한, 상기 6개의 축(TM1 ~ TM6) 중에서, 축과 변속기하우징(H)이 선택적으로 연결되는 부분에는 결합요소인 2개의 브레이크(B1)(B2)가 배치된다.
즉, 상기 4개의 결합요소인 상기 2개의 클러치(C1)(C2)와 2개의 브레이크(B1)(B2)의 배치 위치를 살펴보면, 상기 제1 클러치(C1)는 제1축(TM1)과 입력축(IS) 사이에 배치되어 제1축(TM1)과 입력축(IS)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.
상기 제2 클러치(C2)는 제2축(TM2)과 입력축(IS) 사이에 배치되어 제2축(TM2)과 입력축(IS)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.
상기 제1 브레이크(B1)는 제6축(TM6)과 변속기하우징(H) 사이에 배치되어 제6축(TM6)을 변속기하우징(H)과 선택적으로 연결하여 고정한다.
상기 제2 브레이크(B2)는 제3축(TM3)과 변속기하우징(H) 사이에 배치되어 제3축(TM3)을 변속기하우징(H)과 선택적으로 연결하여 고정한다.
상기에서 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 각 결합요소는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있으며, 주로 습식 다판형 유압마찰결합유닛이 사용되지만, 도그 클러치, 전자식 클러치, 자분식 클러치 등과 같이 전자제어장치로부터 공급되는 전기적인 신호에 따라 작동될 수 있는 결합유닛으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 도그 클러치 유닛(DC)은 상기 제6축(TM6)의 내경부에 형성되는 제6축 기어(G6)와, 상기 제2축(TM2)의 외경부에 형성되는 제2축 기어(G2)와, 상기 제4축(TM4)의 외경부에 형성되는 제4축 기어(G4), 및 이러한 3개의 기어(G6)(G2)(G4) 사이에 구성되는 클러치 기어(CG)로 이루어진다.
상기 클러치 기어(CG)는 외경부를 통하여 상기 제6축 기어(G6)에 상시 치합된 상태를 유지하며, 변속기 외부의 액추에이터(미도시) 또는 내부 유압에 의해 구동되는 피스톤에 의해 좌우로 이동하면서 내경부를 통하여 상기 제2축 기어(G2)와 상기 제4축 기어(G4)에 선택적으로 치합되어 상기 제2축(TM2) 또는 제4축(TM4)을 상기 제6축(TM6)에 선택적으로 연결하도록 구성된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 작동 모드표이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치는 6개의 고정변속단으로 이루어지는 엔진 모드(페레럴 하이브리드 모드)와 3개의 고정변속단으로 이루어지는 EV 모드를 구현하며, 전자적 무단변속으로 이루어지는 eCVT 모드를 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 모드별 작동을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
[엔진 모드 전진 1단(페레럴 하이브리드 모드 전진 1단)]
엔진 모드 전진 1단에서는 엔진(ENG)이 구동되며, 도그 클러치 유닛(DC)의 클러치 기어(CG)가 제6축 기어(G6)와 제2축 기어(G2)를 동시 체결하고, 제1 클러치(C1), 제1 브레이크(B1)가 동시 체결되면서 이루어진다.
그러면, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제1 브레이크(B1)의 체결과 도그 클러치 유닛(DC)의 클러치 기어(CG)가 제6축 기어(G6)와 제2축 기어(G2)와 연결되어 제2축(TM2)이 고정요소로 작동되는 상태에서, 제1 클러치(C1)의 체결에 의해 엔진(ENG)의 회전동력이 제1축(TM1)을 통해 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라, 유성기어세트부(PG)에서는 제5 회전요소(N5)에 감속 출력이 전달되면서 제5 회전요소(N5)에 제5축(TM5)을 통하여 연결된 출력기어(OG)를 통하여 엔진 모드 전진 1단의 회전동력을 출력한다.
여기서, 상기 모터/제너레이터(MG)를 구동하면, 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 합류되면서 페레럴 하이브리드 모드 전진 1단을 구현할 수 있다.
[엔진 모드 전진 2단(페레럴 하이브리드 모드 전진 2단)]
엔진 모드 전진 2단에서는 엔진(ENG)이 구동되며, 제1 클러치(C1), 제2 브레이크(B2)가 동시 체결되면서 이루어진다.
그러면, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제2 브레이크(B2)의 체결에 의해 제3축(TM3)이 고정요소로 작동되는 상태에서, 제1 클러치(C1)의 체결에 의해 엔진(ENG)의 회전동력이 제1축(TM1)을 통해 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제5 회전요소(N5)에 감속 출력이 전달되면서 제5 회전요소(N5)에 제5축(TM5)을 통하여 연결된 출력기어(OG)를 통하여 엔진 모드 전진 2단의 회전동력을 출력한다.
여기서, 상기 모터/제너레이터(MG)를 구동하면, 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 합류되면서 하이브리드 모드 전진 2단을 구현할 수 있다.
[엔진 모드 전진 3단(페레럴 하이브리드 모드 전진 3단)]
엔진 모드 전진 3단에서는 엔진(ENG)이 구동되며, 도그 클러치 유닛(DC)의 클러치 기어(CG)가 제6축 기어(G6)와 제4축 기어(G4)를 동시 체결하고, 제1 클러치(C1), 제1 브레이크(B1)가 동시 체결되면서 이루어진다.
그러면, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제1 브레이크(B1)의 체결과 도그 클러치 유닛(DC)의 클러치 기어(CG)가 제6축 기어(G6)와 제4축 기어(G4)와 연결되어 제4축(TM4)이 고정요소로 작동되는 상태에서, 제1 클러치(C1)의 체결에 의해 엔진(ENG)의 회전동력이 제1축(TM1)을 통해 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제5 회전요소(N5)에 감속 출력이 전달되면서 제5 회전요소(N5)에 제5축(TM5)을 통하여 연결된 출력기어(OG)를 통하여 엔진 모드 전진 3단의 회전동력을 출력한다.
여기서, 상기 모터/제너레이터(MG)를 구동하면, 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 합류되면서 페레럴 하이브리드 모드 전진 3단을 구현할 수 있다.
[엔진 모드 전진 4단(페레럴 하이브리드 모드 전진 4단)]
엔진 모드 전진 4단에서는 엔진(ENG)이 구동되며, 제1, 제2 클러치(C1)(C2)가 동시 체결되면서 이루어진다.
그러면, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)의 체결에 의해 엔진(ENG)의 회전동력이 제1축(TM1)과 제2축(TM2)을 통해 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)로 동시에 입력된다.
이에 따라, 복합유성기어세트(CPG)는 전체가 하나로 회전하는 상태가 되면서 제5 회전요소(N5)에 제5축(TM5)을 통하여 연결된 출력기어(OG)를 통하여 입력 그대로 출력되어 엔진 모드 전진 4단의 회전동력을 출력한다.
여기서, 상기 모터/제너레이터(MG)를 구동하면, 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 합류되면서 하이브리드 모드 전진 4단을 구현할 수 있다.
[엔진 모드 전진 5단(페레럴 하이브리드 모드 전진 5단)]
엔진 모드 전진 5단에서는 엔진(ENG)이 구동되며, 도그 클러치 유닛(DC)의 클러치 기어(CG)가 제6축 기어(G6)와 제4축 기어(G4)를 동시 체결하고, 제2 클러치(C2), 제1 브레이크(B1)가 동시 체결되면서 이루어진다.
그러면, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제1 브레이크(B1)의 체결과 도그 클러치 유닛(DC)의 클러치 기어(CG)가 제6축 기어(G6)와 제4축 기어(G4)와 연결되어 제4축(TM4)이 고정요소로 작동되는 상태에서, 제2 클러치(C2)의 체결에 의해 엔진(ENG)의 회전동력이 제2축(TM2)을 통해 제2 회전요소(N2)로 입력된다.
이에 따라, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제5 회전요소(N5)에 증속 출력이 전달되면서 제5 회전요소(N5)에 제5축(TM5)을 통하여 연결된 출력기어(OG)를 통하여 엔진 모드 전진 5단의 회전동력을 출력한다.
여기서, 상기 모터/제너레이터(MG)를 구동하면, 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 합류되면서 페레럴 하이브리드 모드 전진 5단을 구현할 수 있다.
[엔진 모드 전진 6단(페레럴 하이브리드 모드 전진 6단)]
엔진 모드 전진 6단에서는 엔진(ENG)이 구동되며, 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 동시 체결되면서 이루어진다.
그러면, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제2 브레이크(B2)의 체결에 의해 제3축(TM3)이 고정요소로 작동되는 상태에서, 제2 클러치(C2)의 체결에 의해 엔진(ENG)의 회전동력이 제2축(TM2)을 통해 제2 회전요소(N2)로 입력된다.
이에 따라, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제5 회전요소(N5)에 증속 출력이 전달되면서 제5 회전요소(N5)에 제5축(TM5)을 통하여 연결된 출력기어(OG)를 통하여 엔진 모드 전진 6단의 회전동력을 출력한다.
여기서, 상기 모터/제너레이터(MG)를 구동하면, 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1축(TM1)으로 합류되면서 하이브리드 모드 전진 6단을 구현할 수 있다.
[eCVT 모드]
상기 eCVT 모드는 엔진(ENG)을 구동하여 회전수를 고정한 상태로 모터/제너레이터(MG)를 구동하면서 제2 클러치(C2)를 체결하여 이루어진다.
그러면, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제2 클러치(C2)의 체결에 의해 엔진(ENG)의 회전동력이 제2축(TM2)을 통해 제2 회전요소(N2)로 전달되고, 동시에 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1축(TM1)을 통해 제1 회전요소(N1)에 전달된다.
이러한 상태에서, 모터/제너레이터(MG)의 회전수를 가변시켜 저단에 적합한 기어비를 갖는 eCVT 모드를 구현할 수 있다.
[EV 모드 1단]
EV 모드 1단은 모터/제너레이터(MG)가 구동되며, 도그 클러치 유닛(DC)의 클러치 기어(CG)가 제6축 기어(G6)와 제2축 기어(G2)를 동시 체결하고, 제1 브레이크(B1)가 체결되면서 이루어진다.
그러면, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제1 브레이크(B1)의 체결과 도그 클러치 유닛(DC)의 클러치 기어(CG)가 제6축 기어(G6)와 제2축 기어(G2)와 연결되어 제2축(TM2)이 고정요소로 작동되는 상태에서, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1축(TM1)을 통해 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제5 회전요소(N5)에 감속 출력이 전달되면서 제5 회전요소(N5)에 제5축(TM5)을 통하여 연결된 출력기어(OG)를 통하여 EV 모드 1단의 회전동력을 출력한다.
[EV 모드 2단]
EV 모드 2단은 모터/제너레이터(MG)가 구동되며, 제2 브레이크(B2)가 체결되면서 이루어진다.
그러면, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제2 브레이크(B2)의 체결에 의해 제3축(TM3)이 고정요소로 작동되는 상태에서, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1축(TM1)을 통해 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라, 유성기어세트부(PG)에서는 제5 회전요소(N5)에 감속 출력이 전달되면서 제5 회전요소(N5)에 제5축(TM5)을 통하여 연결된 출력기어(OG)를 통하여 EV 모드 2단의 회전동력을 출력한다.
[EV 모드 3단]
EV 모드 3단은 모터/제너레이터(MG)가 구동되며, 도그 클러치 유닛(DC)의 클러치 기어(CG)가 제6축 기어(G6)와 제4축 기어(G4)를 동시 체결하고, 제1 브레이크(B1)가 체결되면서 이루어진다.
그러면, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제1 브레이크(B1)의 체결과 도그 클러치 유닛(DC)의 클러치 기어(CG)가 제6축 기어(G6)와 제4축 기어(G4)와 연결되어 제4축(TM4)이 고정요소로 작동되는 상태에서, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1축(TM1)을 통해 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라, 복합유성기어세트(CPG)에서는 제5 회전요소(N5)에 감속 출력이 전달되면서 제5 회전요소(N5)에 제5축(TM5)을 통하여 연결된 출력기어(OG)를 통하여 EV 모드 3단의 회전동력을 출력한다.
여기서, 상기 엔진 모드(페레럴 하이브리드 모드)와 eCVT 모드는 병행하여 6개의 고정변속단을 갖는 엔진 모드와 함께 적어도 7속 변속단 이상의 변속 모드를 구현할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 2개의 유성기어세트(PG1)(PG2)만을 적용하여 변속기의 구조를 최대한 단순화하면서 6단의 엔진 모드와 패러렐 하이브리드 모드와 하나의 전자적 무단변속 모드(eCVT 모드)를 병행하여 기존 6단 이상의 다양한 변속 모드를 구현할 수 있어 원가 절감 및 동등 변속기 이상의 연비 및 동력 성능을 구현할 수 있다.
또한, 기존 6단 변속기에 비하여 유성기어세트의 수를 줄일 수 있어 전장을 축소할 수 있으며, 이에 따라 차량 탑재성이 향상될 수 있다.
또한, 체결유닛인 도그 클러치 유닛(DC)을 적용하여 제1 브레이크(B1)의 작동을 제어함으로써, 제1 브레이크(B1)의 해제 시, 도그 클러치 유닛(DC)의 중립 상태를 이용하여 제1 브레이크(B1)의 드래그 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 저단에 적합한 기어비를 갖는 eCVT 모드를 구현할 수 있으며, eCVT 모드를 사용하여 City 모드 주행이 가능하여 연비 향상의 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들를 참조하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.
IS... 입력축
OG... 출력기어
CPG... 복합유성기어세트
MG... 모터/제너레이터
PG1,PG2... 제1, 제2 유성기어세트
B1,B2... 제1, 제2 브레이크
C1,C2... 제1, 제2 클러치
TM1,TM2,TM3,TM4,TM5,TM6... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6축
DC... 도그 클러치 유닛

Claims (7)

  1. 엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치에 있어서,
    엔진의 회전동력이 입력되는 입력축;
    유성캐리어를 공유하는 상기 제1, 제2 유성기어세트의 연결 조합으로 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 회전요소를 보유하는 복합유성기어세트;
    상기 제1 회전요소와 고정 연결되며, 상기 모터/제너레이터와 고정 연결되고, 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제1축;
    상기 제2 회전요소와 고정 연결되며, 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제2축;
    상기 제3 회전요소와 고정 연결되며, 변속기하우징에 선택적으로 연결되는 제3축;
    상기 제4 회전요소와 고정 연결되는 제4축;
    상기 제5 회전요소와 출력기어를 직접 연결하는 제5축;
    상기 제2축과 상기 제4축에 선택적으로 연결되며, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제6축;
    축과 축을 선택적으로 연결하는 클러치와, 축과 변속기하우징을 연결하는 브레이크로 이루어지는 복수의 결합요소; 및
    상기 제6축을 상기 제2축 또는 상기 제4축에 선택적으로 동력 연결하는 체결유닛;
    을 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복합유성기어세트는
    상기 제1 유성기어세트가 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지고, 제2 유성기어세트가 더블 피니언 유성기어세트로 이루어져 유성캐리어를 공유하는 래비뉴 타입으로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복합유성기어세트는
    상기 제1 회전요소가 제1 선기어로 이루어지고, 상기 제2 회전요소가 공유 유성캐리어로 이루어지고, 상기 제3 회전요소가 제1 링기어로 이루어지고, 상기 제4 회전요소가 제2 선기어로 이루어지고, 상기 제5 회전요소가 제2 링기어로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 결합요소는
    상기 제1축과 상기 입력축 사이에 구성되는 제1 클러치;
    상기 제2축과 상기 입력축 사이에 구성되는 제2 클러치;
    상기 제6축과 변속기하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크; 및
    상기 제3축과 변속기하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크;
    를 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 체결유닛은
    도그 클러치 유닛으로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도그 클러치 유닛은
    상기 제6축의 내경부에 형성되는 제6축 기어;
    상기 제2축의 외경부에 형성되는 제2축 기어;
    상기 제4축의 외경부에 형성되는 제4축 기어; 및
    외경부를 통하여 상기 제6축 기어에 상시 치합된 상태로, 내경부를 통하여 상기 제2축 기어와 상기 제4축 기어에 선택적으로 치합되어 상기 제6축에 상기 제2축 또는 제4축을 선택적으로 연결하는 클러치 기어;
    를 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량용 동력전달장치는
    6개의 고정변속단으로 이루어지는 엔진 모드와 페레럴 하이브리드 모드, 1개의 전자적 무단변속 모드, 및 3개의 고정변속단으로 이루어지는 전자자동차 모드를 구현하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
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