KR100885386B1 - 내연기관 및 2 개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법 - Google Patents

내연기관 및 2 개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법 Download PDF

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슈테판 툼박
클라우스-페터 슈넬레
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

내연기관(VM) 및 2개의 전기 기계(E1, E2)에 의해 구동되는 자동차의 작동을 위한 2 가지 방법이 제시된다. 자동차는 서로 독립적으로 제어될 수 있는 2개의 파워 패스(LP1, LP2)를 가진 하나의 기어(G)를 포함한다. 각 파워 패스(LP1, LP2)는 유성기어(P1, P2)들 중 하나를 통해 전기 기계(LP1, LP2)중 하나 및 기어(G)의 입력 샤프트(KW)에 연결되고, 변속 기어(1,2,3,4,5,6,R)를 통해 기어(G)의 출력 샤프트(AW)에 결합될 수 있다. 자동차는 더 효과적으로 작동될 수 있어야 한다. 이것은 특히 부스트 작동 또는 제동 에너지의 회복시 2개의 파워 패스(LP1, LP2) 사이의 기계적 파워의 순환 흐름을 감소시키기 위해, 변속 기어(1,2,3,4,5,6,R)가 변경되거나 또는 엔진 회전수가 감소되거나 또는 단 하나의 전기 기계(E1, E2) 만이 제네레이터로서 사용됨으로써 달성된다. 추가적으로 더 편안한 작동은, 전기 시동시 동시에 내연기관(VM)이 시동됨으로써 달성된다.
내연기관, 기어, 파워 패스, 유성기어, 입력 샤프트, 출력 샤프트.

Description

내연기관 및 2 개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법 {Methods for operating a motor vehicle driven by an internal combustion engine and by two electric machines}
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 방법에 관한 것이다.
상기 독립 청구항의 전제부에 따른 방법은 예컨대 DE 199 03 936 A1에 공지되어 있다. 상기 방법에서 자동차는 내연기관에 의해 구동되며, 2개의 전기 기계 중 적어도 하나에 의해 구동된다. 자동차는 입력 샤프트, 출력 샤프트 및 서로 독립적으로 제어될 수 있는 2개의 파워 패스(power path: '자동차의 동력(파워)이 전해지는 경로'를 의미함)를 가진 변속기를 포함한다. 각 파워 패스는 각각 하나의 유성기어를 통해 2개의 전기 기계 중 하나 및 입력 샤프트에 결합되고, 변속 기어를 통해 출력 샤프트에 결합될 수 있다. 각 파워 패스에서 하나의 기어가 넣어지면, 2 개의 파워 패스를 통해 동력(파워)이 출력 샤프트에 동시에 전달될 수 있다.
상기 방법은, 기계적으로 비교적 간단하게 형성된 변속기로 인해 양호한 효율이 달성될 수 있는 장점을 가진다. 물론 기계적 파워의 순환 흐름이 파워 패스에서 발생하는 가능성도 존재한다. 또한 내연기관의 시동시에 여전히 추가 기어가 넣어져야만 하고, 이로 인해 이러한 순간에 관련 파워 패스에서 견인력(tractive force)이 중지된다. 따라서 여전히 엔진 브레이크가 해제되어야만 한다. 두 경우 모두 손실이 있고, 이로 인해 효율이 저하된다.
본 발명의 목적은 상기 공지된 방법을 자동차의 효과적인 작동이 가능한 방식으로 개선하는데 있다. 상기 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다.
독립 청구항의 특징을 가진 본 발명에 따른 방법은, 상기 공지된 방법에 비해 더 효과적으로 작동될 수 있는 장점을 가지는데, 그 이유는 한편으로는 변속기에서 기계적 파워의 순환 흐름이 최소한으로 감소되고, 다른 한편으로는 기어가 넣어짐으로써 견인력이 중단되지 않기 때문이다. 내연기관의 동력(파워)은 시동시에 이미 제공될 수 있다. 또한 기어가 넣어질 경우 자동차의 흔들림이 발생할 수 있는 것이 배제된다. 또한 엔진 브레이크가 생략될 수 있다.
기계적 파워의 순환 흐름을 검출하기 위해, 내연기관 및 전기 기계에 의해 발생하는 토크가 검출되어 평가될 수 있다. 또한 이에 대해 대안으로서 또는 추가로, 토크들이 서로 비교될 수 있다. 이러한 검출은 제어 장치로부터 공지된 데이터로 이루어진다.
2 개의 파워 패스에서 기어가 넣어진 경우에, 간단하게 전기 기계의 토크를 전환시키거나, 또는 제 1 전기 기계의 토크를 상승시키고, 그리고 제 2 전기 기계의 토크를 감소시켜서, 내연기관을 시동시키는 매우 간단한 가능성이 존재한다. 또한 내연기관의 시동시에 견인력 중단이 발생하지 않는다.
멀리 떨어져 놓여서 각각 상이한 파워 패스에 배치되어 있는 2개의 전진 기어로써 전기적으로 시동이 걸리면, 자동차 속도가 낮을 경우에도 이미 전기 기계는 바람직한 회전수 및 양호한 효율로 작동된다. 또한 상대적으로 큰 변속 범위가 상기 기어 조합에 의해 커버되고, 전기 구동 모드에서 엔진 시동도 할 수 있다. 제 1 기어 및 최고 기어, 특히 제 6 기어에 의해 시동이 걸리면 커버되는 변속 범위가 매우 넓다.
제 1 파워 패스에 배치된 후진 기어 및 제 2 파워 패스에 배치된 제 2 기어 에 의해 시동되면, 이로 인해 진동이 특히 엔진 시동시에 양호하게 감소된다. 이러한 효과는 후진 기어의 변속비 값이 제 2 기어의 변속비의 값과 동일할 경우 다시 한번 더 개선된다.
예컨대 배터리가 완전히 충전되어 있기 때문에, 전기 에너지 발생을 원하지 않거나 또는 불가능한 경우, 전기 기계는 제네레이터(generator)로서 작동되고, 상기 제네레이터는 그에 의해 발생된 에너지를, 모터로서 작동하는 다른 전기 기계에 공급한다.
본 발명에 따른 방법의 추가 장점 및 개선예는 종속 청구항 및 설명부에 제시된다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되고 하기의 설명부에서 더 자세히 설명된다.
도 1은 변속기의 정면도이고,
도 2는 도 1에 따른 변속기의 위상 형태(topology)이고,
도 3은 변속기의 기본 요소의 기능을 설명하고,
도 4는 정지 운전시 변속기 내의 파워 흐름이고,
도 5는 엔진 시동 순간에 기어 R 및 2에 의한 전기 시동시의 파워 흐름이고,
도 6은 엔진 시동 동안 기어 R 및 2에 의한 전기 시동시의 파워 흐름이고,
도 7은 엔진 시동 직전에 기어 1 및 6에 의한 전기 시동시의 파워 흐름이고,
도 8은 엔진 시동 순간에 기어(1 및 6)에 의한 전기 시동시 파워 흐름이고,
도 9는 엔진 시동 동안 기어 1 및 6에 의한 전기 시동시의 파워 흐름이고,
도 10은 기어 1 및 6에 의한 정지 작동시의 파워 흐름이고,
도 11은 배터리의 전력이 공급되지 않는 시동시의 파워 흐름이고,
도 12는 배터리의 전력이 공급되지 않는 시동 직후의 파워 흐름이고,
도 13은 내연기관이 드랙(drag) 작동일 경우 제동 에너지(breaking energy)의 회복(recuperation)시 파워 흐름이고,
도 14는 내연기관의 드랙 작동에 의한 제동 에너지의 회복시 파워 흐름 및 파워의 순환 흐름이고,
도 15는 내연기관의 드랙 작동이 일어나지 않는 경우 제동 에너지의 회복시 파워 흐름이고,
도 16은 파워의 순환 흐름이 없는 경우 제동 에너지의 회복시 파워 흐름이고,
도 17은 파워 흐름이 순환하는 상태에서 부스트 작동시 파워 흐름이고,
도 18은 파워 흐름이 순환하지 않는 상태에서 부스트 작동시 파워 흐름이다.
DE 199 03 936 A1에 공지되어 있듯이, 도 1에는 자동차의 파워 트레인의 일부, 특히 변속기(G)가 도시된다. 이 경우 2 개의 유성기어(P1 및 P2)의 유성 캐리어가, 하나의 2-관성 플라이 휠(two-mass flywheel)(ZMS) 및 분기점 VZ의 기어비 iA1 및 iA2 를 통해, 내연기관(VM)(도 2)에 의해 구동되는 크랭크 샤프트(KW) 또는 입력 샤프트에 의해 구동된다. 2 개의 유성기어(P1 및 P2) 대신에 예컨대 마찰 휠-유성기어와 같은 다른 유성기어도 사용될 수 있다. 그러나 유성기어(P1 및 P2)가 그의 효율 때문에 더 적합하다. 2-관성 플라이 휠(ZMS)은 내연기관(VM)으로부터 나오는 변속기(G)의 진동 여기(excitation of vibration)를 감소시킨다.
2 개의 전기 기계(E1 및 E2)는 상응하는 유성기어(P1 및 P2)의 선 휠(sun wheel)과 기어비 iE1 및 iE2 를 통해 연결된다. 서로, 예컨대 전기 중간 회로를 통해 그리고 자동차의 배터리에 연결된 전기 기계(E1, E2)에는 4개의 작동상태(four-quadrant operation)를 위한 파워 전자 장치가 장착된다.
변속기(G)는 전기 기계(E1, E2)를 통해 개별적으로 제어 가능한 2 개의 파워 패스(LP1, LP2)를 포함한다. 상기 파워 패스는 하기의 조치대로 구성된다: 유성기어(P1, P2)의 링 기어는 2 개의 카운터 샤프트(S 및 L)와 연결되고, 상기 카운터 샤프트는 기어 조절기(GS)에 의해 작동되는 슬라이딩 슬리브(SM)이고, 기어 조절기(GS)는 모터(M)에 의해 구동되고, 상기 유성기어의 링 기어는 기어(R,1,3,5 또는 2,4,6)의 기어 휠과 연결될 수 있다. R은 후진 기어이고, 기어 1 내지 6은 전진구동용 전진 기어이다. 기어(1 내지 6 및 R)의 기어 휠은 출력 샤프트(AW)에 있는 상응하는 카운트 기어 휠과 맞물린다. 작동시, 각 카운터 샤프트(S, L)에 기어(R,1,3 또는 5 또는 2,4 또는 6)가 넣어진다. 2 개의 카운터 샤프트(S, L)로의 토크의 분할은 공지된 방식으로 전기 기계(E1, E2)의 제어에 의해 이루어진다.
물론 유성기어(P1, P2)의 다른 구조의 변형도 고려될 수 있다. 예컨대 각 링 기어를 통해 내연기관의 파워를 전하거나 또는 각 접속부(bridge)를 통해 카운터 샤프트로부터 동력을 분리할 수 있다.
도 2의 단순화된 도면에 변속기(G)의 위상 형태가 도시된다. 변속기(G)는 서로 독립적으로 제어 가능한 2 개의 파워 패스(LP1 및 LP2)를 포함하고, 각 파워 패스(LP1, LP2)는 각각의 유성기어(P1, P2)를 통해 전기 기계(E1, E2) 중 하나 및 변속기(G)의 입력 샤프트(크랭크 샤프트(KW))와 연결되고, 기어 R 및 1 내지 6)를 통해 변속기(G)의 출력 샤프트(AW)와 결합될 수 있고, 구동력은 동시에 2 개의 파워 패스(LP1, LP2)를 통해 전달될 수 있다. 구동력 전달의 형태는 내연기관(VM) 및 전기 기계(E1, E2)에 의해 영향을 받는다.
도 3a 내지 3c에 할당된 화살표는 모멘트, 회전수 및 상기 모멘트와 회전수의 곱에 비례하는 파워(구동력)가 개별 기어 부재와 관련되어 있음을 나타낸다.
하나의 샤프트로부터 2 개의 샤프트로의 분기점(VZ)을 나타내는 도 3a에 따라 하나의 샤프트로부터 2 개의 샤프트로의 파워 흐름이 도시된다. 회전수의 비율은 서로 동일하게 유지되며, 토크들은 분할되고, 총합은 0 이어야 한다.
도 3b에 유성기어(P1 또는 P2)를 통한 파워 흐름이 도시된다. 2 개의 회전수는 임의로 선택될 수 있고, 3 번째 회전수는 이에 따라 좌우되고, 접속부의 회전수는 다른 2 개의 회전수의 중요한 평균치이다. 모든 토크는 고정 비율로 분할되거나 또는 기어이(tooth)의 개수에 따른 서로간의 고정비율로 분할된다.
도 3c는 기어(1 내지 6)의 변속시 파워 흐름을 도시한다. 회전수와 토크는 기어이의 개수에 따른 비율로 전환되고, 후진 기어(R)에서 추가로 회전 및 모멘트 방향이 변경된다. 전달된 파워는 회전수와 모멘트의 곱으로서 일정하다.
도 4에 정지 작동시 변속기(G)에서의 파워 흐름이 도시된다. 파워는 내연기관(VM)으로부터 크랭크 샤프트(KW)를 경유하고, 샤프트(S와 L)와 기어(1 내지 6 또는 R)를 지나 분할되고, 따라서 2 개의 파워 패스(LP1 및 LP2)를 지나 출력 샤프트(AW)에 전달된다. 작은 부분은 전기 기계(E1, E2)를 통해 흐르고, 일부는 자동차 전기 시스템으로 전환되고, 또 전기적으로 손실된다. 전기 기계중 하나의 전기기계(E1 또는 E2)에 모멘트가 없다면, 다른 전기 기계가 완전한 모멘트를 지원하고, 파워는 하나의 파워 패스(LP1 또는 LP2) 만을 통해 흐른다. 이것은 2개의 파워 패스(LP1, LP2)에 동일하게 해당된다. 상기 2개의 상태 사이에 놓이는 모든 기어비는 연속적으로 변하는 방법으로 나타날 수 있다.
도 5에는 엔진 시동의 모멘트에서 이미 넣어진 기어(R 및 2)에 의한 전기적 시동시의 파워 흐름이 도시된다. 후진 기어(R)가 넣어져 있는 파워 패스(LP1)에서 변속기의 샤프트(S)의 전기 기계(E1)의 토크는 상승되고, 다른 전기 기계(E2)의 토크는 이에 상응하게 감소된다. 따라서 출력 샤프트(AW)에서의 토크가 일정하게 유지된다. 불균일하게 분할된 토크에 의해 추가 모멘트가 크랭크 샤프트(KW)에서 발생하고, 상기 추가 모멘트는 내연기관(VM)을 시동시킨다.
도 6에는 엔진 시동 동안 기어(R 및 2)에 의한 전기 시동시의 파워 흐름이 도시된다. 이러한 모멘트에서 내연기관이 이미 회전되긴 했지만 아직 점화되지는 않았다. 이 경우 전기 기계(E1)는 높은 파워를 제공함으로써, 동시에 자동차를 구동시키고 내연기관(VM)을 시동시킨다. 이것은 일반적으로 예열 시작시 그리고 작은 출력 파워에서 달성된다. 예컨대 내연기관(VM)의 시동을 위해 5kW가 필요하다면, 전기 기계(E1)는 최대 10kW의 단시간 파워에서 여전히 5kW만 출력할 수 있다. 추가로 예컨대 1kW가 전기 기계(E2)로부터 제공됨으로써 6kW가 출력될 수 있다.
전기 시동 직후에 내연기관(VM)이 시동되는 이러한 방법은, 이미 내연기관이 시동되는 동안에도 휠에서 출력 파워를 이용할 수 있고, 상기 출력 파워는 자동차의 가속을 위해 사용될 수 있다는 장점을 가진다. 이것은 특히 자동차의 정지 및 주행시에 안락함을 상승시키기 위해 사용되는데, 그 이유는 이 상태가 되면 운전자가 이미 엔진을 시동할 준비를 할 수 있기 때문이다. 제 1 파워 패스(LP1)에 배치된 후진 기어(R) 및 제 2 파워 패스(LP2)에 배치된 제 2 기어가 넣어짐으로써, 파워 패스(LP1 및 LP2)의 반대 방향 회전 때문에 진동에 대해 바람직한 효과를 가진다. 이러한 효과는 후진 기어의 변속비의 값이 제 2 기어의 변속비의 값과 동일한 경우에 더욱 개선되지만, 후진기어(R)와 전진 기어(2)는 서로에 대해 역회전한다.
도 7에는 엔진 시동 직전의 이미 넣어진 기어(1 및 6)에 의한 전기 시동시의 파워 흐름이 도시된다. 기어(1 및 6)에 의한 전기 시동시 전기 기계(E1)가 모터로서 작동한다. 전기 기계의 토크는 유성기어(P1) 및 기어(1)에서 2 배로 증폭된다. 제 2 전기 기계(E2)는 크랭크 샤프트(KW)의 반응 모멘트를 지원한다. 따라서 파워 패스(LP2)에서 역전 파워 흐름이 발생되고, 제 2 전기 기계(E2)는 제네레이터로서 작동한다. 제 6 기어의 변속비로 인해 상기 파워 패스(LP2)에서의 회전수 및 파워도 작게 유지된다.
도 8에는 엔진 시동시의 파워 흐름이 도시된다. 이 경우 자동차는 전기적으로 기어(1 및 6)에 의해 시동된다. 내연기관(VM)의 시동을 유도하기 위해, 2개의 전기 기계들(E1, E2) 사이의 모멘트 균형이 깨어진다. 전기 기계(E2)의 모멘트는 현저히 상승되고, 전기 기계(E1)의 모멘트는 조금 상승한다. 따라서 출력 모멘트는 일정하고, 변속기(G)에서의 파워 흐름이 상승되고 내연기관의 시동을 일으키는 토크가 크랭크 샤프트(KW)에 인가된다.
도 9에는 엔진 시동 직후의 파워 흐름이 도시된다. 내연기관(VM)은 이미 회전하고 했지만 아직 점화되지는 않았다. 이제 회전수와 파워 흐름이 현저하게 변화된다. 전기 기계(E1)의 회전수 및 모터 출력이 경미하게 감소되고, 전기 기계(E2)는 그의 회전 방향을 변경시켜 제네레이터로서의 작동을 모터의 작동으로 변화시킨다. 변속기(G)에서 파워가 순환한다. 파워 흐름이 2 개의 전기 기계(E1, E2)로부터 공급되면, 내연기관(VM) 및 출력 샤프트(AW)는 파워가 감소된다.
- 운전자의 요구와, 자동차 및/또는 환경 상태에 따라 - 전기적으로 시동되며 및/또는 내연기관이 시동되면, 이에 따라 2 개의 파워 패스에서 기어가 넣어진 상태에서 전기 기계(E1, E2)중 적어도 하나의 토크가 변경되어야 하는 것도 중요하다. 이것은 구체적으로 전기 기계(E1, E2)중 하나의 전기 기계의 토크 또는 토크의 방향이 전환되거나 또는 제 1 전기 기계(E1)의 토크가 상승되고 제 2 전기 기계(E2)의 토크가 감소됨으로써 실행될 수 있다. 특정 상황에서는, 2개의 토크들 모두의 상이하게 큰 상승도 고려될 수 있다. 이러한 방법은 간단하게 제어될 수 있는 장점을 가지는데, 그 이유는 이에 상응하여 단지 전기 기계(E1, E2)만 제어되면 되기 때문이다. 또한 2개의 파워 패스(LP1, LP2) 중 하나에서의 견인력 중단이 방지될 수 있다. 이것은 효율을 상승시키며 또한 안락함을 상승시키는데, 그 이유는 자동차가 시동시 덜 흔들리기 때문이다.
도 10에는 기어(1 및 6)에 의한 정지 운전시 파워 흐름이 도시된다. 시동 과정이 종료된 이후에 내연기관(VM)이 점화되어 토크 및 파워를 공급한다. 토크 및 파워 흐름이 변경된다. 이 경우 즉시 짝을 이룬 기어(1)와 기어(6)에 의한 전형적인 작동 상태가 발생한다. 기어(1)와 기어(6)가 짝을 짓는 것은 특히 자동차의 저속용으로 매우 적합하다. 전기 기계(E1, E2)는 이제 바람직한 작동 회전수를 가진다. 모멘트 흐름의 제어를 통해 제 1과 제 6 기어 사이의 모든 기어비를 연속 가변방식으로 조정될 수 있다. 요구에 따라, 예컨대 자동차 속도 또는 부하를 상승하는 경우에 상기 기어(1)와 기어(6)의 조합은, 예컨대 기어(1)와 기어(2)로, 또는 기어(1)와 기어(4)로, 또는 기어(3)와 기어(6)로, 또는 기어(5)와 기어(6)로 대체될 수 있다.
이 경우 파워 패스(LP1, LP2)에 배치되며 서로 멀리 떨어져서 각각 상이한 파워 패스(LP1, LP2) 내에 배치된 2개의 전진 기어(1 및 6)에 의한 전기 시동이 중요하다. 이로 인해 비교적 큰 속도 범위가 가능하고, 내연 기관에서 비교적 높은 모멘트도 가능하다. 이것은 제 1 및 최고의 기어, 특히 여기서는 제 6 기어에 의해 시동되는 경우에 매우 바람직하다.
도 11에는 배터리의 전력이 공급되지 않고 내연기관(VM)에 의한 시동시의 파워 흐름이 도시된다. 이것은 예컨대 배터리가 완전히 충전되어 더 이상 부하가 가해지지 않는 경우에 요구된다. 이 경우 전기 기계(E2)는 제네레이터로서 그리고 전기 기계(E1)는 모터로서 작동된다. 이를 위해 예컨대 기어(R 및 2)가 넣어진다. 내연기관(VM)이 작동하고 전기 기계(E1, E2)가 회전하는 경우 전기 기계(E1, E2)에서 상이한 방향의 2 개의 토크가 설정된다. 파워 패스(LP1)에서 전기 기계(E1)는 후진 기어(R)에 의해 모터로서 작동한다. 파워 패스(LP2)에서 전기 기계(E2)는 기어(2)에 의해 제네레이터로서 작동한다. 발생하는 전기 파워가 (손실 또는 자동차 전기 시스템 요구는 제외하고) 모터로서 작동하는 전기 기계(E1)에 다시 공급됨으로써, 배터리는 관여하지 않는다. 후진 기어(R)에서의 방향 전환에 의해 출력 샤프트(AW)에 토크가 다시 가산된다. 자동차가 서있는 한, 내연기관(VM)은 손실 파워를 보상해야만 하고, 이 경우 매우 작은 모멘트만을 제공한다.
도 12에는 배터리 전력이 공급되지 않는 시동 직후의 파워 흐름이 도시된다. 자동차가 이동하기 시작하면, 파워는 출력 샤프트(AW)쪽으로 흐른다. 엔진 회전수가 일정하게 유지되면, 2개의 전기 기계(E1, E2)의 회전수가 상승되거나 감소되고, 따라서 동일한 전력에서 전송될 수 있는 모멘트가 상승되거나 감소된다. 내연기관(VM)의 파워가 증가하면, 추가 파워가 출력 샤프트(AW)로 흐른다. 작동이 계속 진행됨에 따라, 파워 패스(LP1)에는 모멘트가 완전히 없어지게 되며, 후진 기어(R)가 빠져서 전진 기어(전형적으로 기어(3), 그러나 기어(1 또는 5)도 가능함)로 대체된다. 작동 모드는 정지 작동을 위한 표준 상태로 변한다.
기어(R)과 기어(2)의 조합은 특히 시동시에, 내장된 전기 시스템의 상승된 부하와 변속기(G)에서 기계적 파워의 순환 흐름을 방지하거나 또는 적어도 감소하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
도 13에는 내연기관(VM)의 드랙 작동(dragging mode)에 의한 제동 에너지의 회복(recuperation)시의 파워 흐름이 도시된다. 회복을 위해 가장 간단한 경우로서, 내연기관(VM)과 출력 샤프트(AW)에서의 토크가 전환된다. 이제 출력이 단절되고, 내연기관(VM)은 드랙(drag:견인)된다. 이로 인해 전기 기계(E1, E2)도 각각 그의 모터 또는 제네레이터로서의 역할을 교환한다. 기계적 파워의 순환 흐름을 방지하거나 감소시키기 위해, 제네레이터로서 작동하는 전기 기계(E2)만이 제어된다. 제 2 전기 기계(E1)는 부하 없이 작동된다.
파워는 이러한 작동상태에서 출력 샤프트(AW)로부터 내연기관(VM) 및 전기 기계(E2)로 흐른다. 내연기관(VM)은 드랙 작동으로 제공될 수 있고, 여기서는 연료가 소비되지 않는다. 이러한 작동 상태에서 더 작은 회복 파워가 높은 효율로 달성될 수 있다. 정상 주행 모드로부터 상기 작동 모드로 교체하기 위해, 변속 과정이 요구되지 않는다. 2 개의 파워 패스 사이에 기계적 파워의 순환 흐름을 방지하거나 또는 감소시키기 위해, 특히 제동 에너지의 회복시 단 하나의 전기 기계만을 제네레이터로서 사용하는 장점이 있다.
도 14에는 도 13과 달리, 내연기관(VM)의 드랙 작동에 의한 제동 에너지의 회복시 2 개의 파워 패스(LP1, LP2) 사이에 기계적 파워의 순환 흐름이 도시된다. 이것은 더 큰 회복 파워에서 나타난다. 이 경우 제 2 전기 기계(E1)는 제네레이터로서 접속된다. 출력시 더 높은 브레이크 모멘트가 발생할 수 있으며, 2개의 전기 기계(E1, E2)에는 합쳐서 더 많은 전류가 발생할 수 있다. 이러한 상태는 마찬가지로 직접 주행모드로부터 추가의 변속 과정 없이 달성될 수 있다. 물론 이것은 기계적 파워의 순환 흐름을 야기하고, 이것은 변속기의 기계적 효율을 더 작게 만든다.
도 15에는 내연기관의 드랙 작동이 일어나지 않는 경우 제동 에너지의 회복시의 파워 흐름이 도시된다. 전기 기계(E1, E2)의 적합한 조절에 의해 상기 작동 상태에서는, 내연기관(VM)의 드랙 작동을 완전히 방지할 수 있다. 이러한 경우 2 개의 파워 패스(LP1, LP2)로부터 크랭크 샤프트(KW)로 작용하는 토크가 상승된다. 이러한 작동 상태에서 내연기관(VM)의 공회전 조절기는 상기 내연기관의 회전수를 유지해야만 한다. 이를 위해 공회전 연소가 각 회전수에서 제공되어야 한다. 따라서 상기 작동 상태는 기어 출력시 운전자에 의해 요구된 브레이크 파워가, 상기 내연기관의 가능한 작동 회전수가 가장 낮을 때 내연기관(VM)의 추진력을 제공하기에 충분하지 않은 경우 특히 바람직하다.
도 16에는 파워의 순환 흐름이 없을 경우 제동 에너지의 회복시 파워 흐름이 도시된다. 변속기(G)에서 파워의 순환 흐름을 방지하기 위해, 제 1 변속 과정에 의해 제 2 회전수 비율이 세팅될 수 있다. 따라서 파워 흐름은 다른 곳으로 유도될 수 있다. 이것은 바람직하게, 예컨대 경사 지역에서 주행할 때와 같이 더 긴 회복 단계가 예상될 경우 실행된다. 이러한 상황에서 변속 과정은 변속기의 기계적 효율이 개선되기 때문에 매우 큰 효용을 가진다. 동시에 변속 과정에 의해 정상 운전 작동을 위한 기어 조합이 더 느린 속도에서 미리 선택되고, 상기 기어 조합은 전형적으로 회복 과정 이후에 발생한다.
회복과 유사하게 도 17에 따라 부스트 작동이 구현될 수도 있다. 이 경우 내연기관(VM)과 2 개의 전기 기계(E1, E2)가 모두 구동하는데 사용된다. 그러나 결과적으로 기계적 파워의 순환 흐름이 발생하여 낮은 변속기의 효율을 야기한다. 그러나 이를 위해 높은 추가 파워가 파워트레인(power train)에 제공된다.
파워의 순환 흐름을 방지하기 위해 도 18에 따라 부스트 작동시에도 제 2 변속 과정이 선택될 수 있다. 요구된 변속 과정은 기어를 저단으로 놓는 과정에 상응하고, 이것은 또한 파워에 대한 요구가 높을 경우 종래의 변속기에서도 요구된다. 대안으로서 자동차 속도가 일정하게 유지될 경우 내연기관(VM)의 회전수의 감소도 가능하다. 이것은 기어단이 일정하게 유지될 경우 엔진/변속기 출력의 전체 변속비의 변화에 상응한다. 그러나 이와 대조적으로 부스트 작동시 더 높은 파워가 요구된다.
특히 부스트 작동시 또는 제동 에너지의 회복시, 2 개의 파워 패스(LP1, LP2) 사이의 파워의 순환 흐름을 감소 또는 방지하기 위해 변속비의 조합 또는 엔진 회전수가 변경되고, 특히 감소되고, 또는 전기 기계(E1, E2)중 단 하나 만이 제네레이터 또는 모터로서 사용될 수 있다.
파워의 순환을 검출하기 위해, 내연기관(VM) 및 전기 기계(E1, E2)에 의해 발생된 토크 및 회전수가 평가될 수 있다. 토크는 내연기관(VM)의 기존 제어장치 및 전기 기계(E1, E2)의 기존 제어장치로부터 검출될 수 있다. 예컨대 표에서 입수하는 설정값과 토크를 비교함으로써 기계적 파워가 2 개의 파워 패스(LP1, LP2) 사이의 순환에 의해 상실되는지의 여부가 검출될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 기계적 파워의 순환 흐름의 존재는 바람직한 방법으로 토크의 부호(+, -)를 평가하여서 테스트될 수 있는데, 그 이유는 부호가 기계적 파워의 순환 흐름에 대한 지시기(indicator)이기 때문이다. 기계적 파워의 순환 흐름의 크기는 내연기관(VM)및 전기 기계(E1, E2)의 회전수를 고려하여 산출될 수 있다. 이것에 의존하여 변속 과정, 토크의 변경, 특히 토크의 감소가 이루어질 수 있고, 또는 전기 기계(E1, E2)중 하나만을 제네레이터로서 사용하는 것이 이루어질 수 있다.

Claims (12)

  1. 내연기관(VM)에 의해 또한 2개의 전기 기계(E1, E2)들 중 적어도 하나에 의해 구동되고, 서로 독립적으로 제어 가능한 2개의 파워 패스(LP1, LP2)를 가진 변속기(G)를 포함하고,
    상기 각각의 파워 패스(LP1, LP2)는 개별 유성기어(P1, P2)를 통해 상기 전기 기계들(LP1, LP2) 중 하나 및 상기 변속기(G)의 입력 샤프트(KW)와 연결되고, 변속 기어(1,2,3,4,5,6,R)를 통해 상기 변속기(G)의 출력 샤프트(AW)와 연결되고, 파워는 동시에 상기 2개의 파워 패스(LP1, LP2)를 통해 전달되는 자동차의 작동 방법에 있어서,
    부스트 작동시 또는 제동 에너지의 회복시 상기 2개의 파워 패스(LP1, LP2) 사이에서 기계적 파워의 순환 흐름을 감소시키기 위해, 변속 기어(1,2,3,4,5,6,R) 또는 엔진 회전수가 변경되거나 또는 상기 전기 기계(E1, E2)들 중 하나만이 제네레이터로서 사용되는 것을 특징으로 하는 내연기관 및 2개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    기계적 파워의 순환 흐름을 검출하기 위해 상기 내연기관(VM) 및 상기 전기 기계(E1, E2)에 의해 발생되는 토크가 검출되어 설정값과 비교되는 것을 특징으로 하는 내연기관 및 2개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    기계적 파워의 순환 흐름을 검출하기 위해 상기 내연기관(VM) 및 상기 전기 기계(E1, E2)에 의해 발생되는 토크의 부호(+, -)들이 서로 비교되는 것을 특징으로 하는 내연기관 및 2개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법.
  4. 내연기관(VM)에 의해 또한 2개의 전기 기계(E1, E2)들 중 적어도 하나에 의해 구동되고, 서로 독립적으로 제어 가능한 2개의 파워 패스(LP1, LP2)를 가진 변속기(G)를 포함하고,
    상기 각각의 파워 패스(LP1, LP2)는 개별 유성기어(P1, P2)를 통해 상기 전기 기계(LP1, LP2)들 중 하나 및 상기 변속기(G)의 입력 샤프트(KW)와 연결되고, 변속 기어(1,2,3,4,5,6,R)를 통해 상기 변속기(G)의 출력 샤프트(AW)와 연결되고, 파워는 동시에 상기 2개의 파워 패스(LP1, LP2)를 통해 전달되는 자동차의 작동 방법에 있어서,
    상기 2개의 파워 패스에 기어(1,2,3,4,5,6,R)가 넣어진 경우 전기 시동하거나 상기 내연기관(VM)을 시동하기 위해 운전자의 요구, 자동차 상태 또는 주변 상황에 따라 상기 전기 기계(E1, E2)들 중 적어도 하나의 토크가 변경되는 것을 특징으로 하는 내연기관 및 2개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전기 기계(E1, E2)들 중 하나의 토크의 방향이 전환되는 것을 특징으로 하는 내연기관 및 2개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 전기 기계(E1, E2)들 중 하나의 토크가 상승되고 상기 전기 기계(E1, E2)들 중 다른 하나의 토크가 감소되는 것을 특징으로 하는 내연기관 및 2개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법.
  7. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 시동 직후에 상기 내연기관(VM)이 시동되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 및 2개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법.
  8. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파워 패스(LP1, LP2) 상에 배치되어 있으면서, 각각 상이한 상기 파워 패스(LP1, LP2) 내에 가급적 서로 멀리 배치된 2개의 전진 기어(1,6)를 통해 전기 시동되거나 또는 상기 내연기관(VM)이 시동되는 것을 특징으로 하는 내연기관 및 2개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법.
  9. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연기관(VM)의 시동시 제 1 파워 패스(LP1)에 배치된 후진 기어(R) 및 제 2 파워 패스(LP2)에 배치된 가장 낮은 기어(2)가 넣어지는 것을 특징으로 하는 내연기관 및 2개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 내연기관(VM)의 시동 이후의 전기 시동시, 상기 전기 기계(E1)가 후진 기어(R)의 제 1 파워 패스(LP1)에서는 제네레이터로서 그리고 상기 전기 기계(E2)가 제 2 파워 패스(LP2)에서는 모터로서 작동되는 것을 특징으로 하는 내연기관 및 2개의 전기 기계에 의해 구동되는 자동차의 작동 방법.
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