KR101510415B1 - 차량용 추진 시스템 - Google Patents

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KR101510415B1
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외르겐 엥스트룀
미카엘 베르그퀴스트
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은 차량용 추진 시스템에 관한 것이다. 연소 엔진(1)의 출력축(2)은, 같이 제1 속도(n1)로 회전하도록, 유성기어의 제1요소(9)에 연결된다. 기어박스(4)의 입력축(3)은, 같이 제2 속도(n2)로 회전하도록, 유성기어의 제2요소(11)에 연결된다. 전기기계는, 제3 요소(10)가 제3 속도(n3)로 회전하도록, 유성기어의 제3 요소(10)에 연결된다. 추진 시스템은, 어떤 적절한 상황에서 기어박스 입력축(3)의 희망하는 제2속도(n2)를 계산하고, 엔진 출력축(2)의 제1 속도(n1)에 관한 정보를 받고, 전기기계를 제어하되 기어박스 입력축(3)이 희망하는 제2 속도(n2)를 엔진 출력축(2)의 제1 속도(n1)와 결부되어 취할 수 있게 하는 속도(n3)를 전기기계가 유성기어의 제3 요소(10)에게 부여할 수 있도록 전기기계를 제어하도록 구성된 컨트롤유닛(17)을 포함한다.

Description

차량용 추진 시스템 {PROPULSION SYSTEM FOR A VEHICLE}
본 발명은 제1항의 전제부에 따른 차량용 추진 시스템에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 연소 엔진과 같은 제1 원동기와 전기기계와 같은 제2 원동기에 의해 구동될 수 있다. 전기기계에는 전기에너지를 저장하는 적어도 하나의 배터리와, 배터리와 전기기계 사이의 전기에너지 흐름을 단속하는 단속장비가 구비된다. 따라서, 전기기계는 차량의 작동 상태에 따라 모터와 제네레이터로 번갈아 가며 기능할 수 있다. 차량이 제동될 때, 전기기계는 전기에너지를 생성하고 이 전기에너지는 배터리에 저장된다. 저장된 전기에너지는 나중에 차량을 작동시키는 데 사용된다. 전기기계는 차량의 클러치기구와 기어박스 사이의 위치에 위치될 수 있다. 점유 공간을 줄이기 위해서는, 전기기계를 기어박스의 입력축에 직접 연결하는 것이 유리하다.
기어박스 내에서 기어를 변경하는 중에, 엔진으로부터 기어박스의 연결을 끊는 종래의 클러치기구를 사용하는 데에는 여러 단점들이 있다. 차량이 정지상태에서 움직이기 시작할 때, 클러치기구의 디스크들은 서로 미끄러지고, 이에 따라 디스크들이 가열된다. 이와 같이 디스크들이 가열됨으로써, 연료소비가 증가되고 클러치 디스크가 마모된다. 종래의 클러치기구는 또한 비교적 무겁고 비싸다. 종래의 클러치기구는 또한 차량 내에서 비교적 넓은 공간을 차지한다.
미국 특허 US 6,354,974호는 연소 엔진과, 연소 엔진의 출력축에 위치되는 전기기계를 구비하는 하이브리드 차량용 추진 시스템에 대해 언급하고 있다. 이 특허 발명의 목적은 종래의 클러치기구를 사용할 필요가 없는 컴팩트한 추진 유닛을 창안하고자 한 것이다. 종래의 클러치기구는 하나의 유성기어와 세 개의 마찰 클러치로 대체된다. 마찰 클러치들은 차량의 다양한 작동 상태를 구현하는 것을 가능하게 한다. 마찰 클러치들을 사용함으로써 에너지가 손실된다.
본 발명의 목적은 기어박스의 입력축의 속도를 원하는 대로 변화시킬 수 있게 하는 차량용 추진 시스템을 제안하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 청구항 제1항의 특징부에 정의된 특징들에 의해 특징지워지는 추진 시스템에 의해 달성된다. 유성기어는 일반적으로 서로에 대해 회전하도록 마련되는 세 개의 요소들, 즉 썬휠, 프래닛휠 캐리어, 링기어를 포함한다. 썬휠과 링기어의 알려진 이빨 수에 기반하여, 작동 중의 세 개의 요소들의 상호 간의 속도를 알아내는 것이 가능하다. 본 발명에 따르면, 유성기어의 요소들 중 하나는 연소 엔진 출력축에 연결된다. 따라서, 유성기어의 이 요소는 엔진과 같은 속도로 회전한다. 유성기어의 다른 요소는 기어박스의 입력축에 연결된다. 따라서, 유성기어의 이 요소는 기어박스의 입력축과 같은 속도로 회전한다. 유성기어의 세 번째 요소는 전기기계의 회전자에 연결된다. 따라서, 유성기어의 이 세번째 요소는 이들이 서로 직접 연결될 때 전기기계와 같은 속도로 회전한다. 이의 대안으로, 전기기계가 기어비를 갖는 변속기를 거쳐서 유성기어의 세 번째 요소에 연결될 수 있다. 이 경우, 전기기계와 유성기어의 세 번째 요소는 서로 다른 속도로 회전될 수 있다. 전기기계의 속도는 무단으로 조절될 수 있다. 기어박스 입력축이 희망하는 속도로 회전하는 작동 상태에서, 컨트롤유닛은, 기어박스 입력축의 상기 희망하는 속도를 달성하기 위해 세 번째 요소가 회전해야 하는 속도를 계산하기 위해, 연소 엔진의 속도의 정보를 사용한다. 그 다음, 컨트롤유닛은, 계산된 속도가 세 번째 요소에 부여되고 그 결과 기어박스 입력축에 상기 희망하는 속도가 부여될 수 있도록, 전기기계를 작동시킨다.
본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤유닛은, 기어박스에서의 기어 변경 과정 중에 최적의 기어 분리 및/또는 계합을 가능하게 하는 기어박스 입력축의 희망하는 속도를 산출하고, 기어박스 입력축이 엔진 출력축의 속도와 관련되어 상기 희망하는 속도를 취할 수 있게 하는 속도를 유성기어의 세 번째 요소에 부여할 수 있도록 전기기계를 제어한다.
현재 기어가 기어박스 안에서 분리될 때, 기어박스 안에는 토크가 없는 상태가 되어야 한다. 차량의 속도와 기어박스 안에서 계합된 현재 기어에 관한 정보에 기초하여, 컨트롤유닛은 기어박스 내에 토크 없는 상태를 발생시키기 위해 기어박스 입력축이 회전해야 하는 속도를 계산할 수 있다. 그 다음에, 컨트롤유닛은, 전기기계가 엔진과 결부되어 기어박스 입력축에 계산된 속도를 부여할 수 있도록, 전기기계를 제어한다. 기어박스 안에 토크 없는 상태가 될 때, 현재 기어가 분리된다. 다른 기어가 기어박스 안에 계합될 때, 컨트롤유닛은 다른 기어가 계합될 수 있는 입력축 속도를 계산하기 위해 차량의 속도와 다른 기어의 정보를 이용한다. 그 다음에, 컨트롤유닛은 전기기계를 제어하되, 다른 기어가 계합될 수 있는 계산된 속도를 전기기계가 엔진과 결부되어 기어박스 입력축에 부여할 수 있도록 제어한다.
전기기계가 이러한 기능을 가지게 되면, 기어변속 과정 중 기어박스 입력축으로부터 엔진 출력축을 분리시키는 데에 종래의 클러치기구가 사용될 필요가 없다. 그러므로, 작동을 위한 클러치 기구와 요소들의 비용은 절감될 수 있다. 종래의 클러치 기구 안에서 클러치 디스크들의 서로에 대한 미끄럼으로부터 발생하는 에너지 손실은 본 발명에 발생하지 않는다. 그래서, 본 발명에 따른 방식은 보다 에너지 절약적인 기어변속 과정을 야기한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 컨트롤유닛은, 전기기계가, 차량을 정지상태에서 움직이게 조작하는 과정 동안 기어박스 입력축이 엔진 출력축의 속도와 결부되어 엔진 출력축의 속도에 대한 미리 결정된 비를 취할 수 있게 하는 속도를, 유성기어의 세 번째 요소에 부여할 수 있도록, 전기기계를 제어할 수 있게 구성된다. 기어박스 입력축의 기어비는, 이 과정 동안, 차량이 제어된 토크에서 부드럽게 움직이기 시작하도록, 알맞게 바뀐다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 추진 시스템은, 차량의 작동 중, 엔진 출력축과 기어박스 입력축이 함께 연결되는 것을 가능하게 하는 연결 장치를 포함한다. 기어가 기어박스 안에서 계합되었을 때, 컨트롤유닛은, 기어박스 입력축에 연소 엔진과 동일한 속도를 취하도록, 전기기계를 제어한다. 이것이 달성되었을 때, 컨트롤유닛은, 엔진 출력축과 기어박스 입력축을 연결하는, 연결 장치를 작동시킨다. 이러한 연결된 상태에서, 엔진과 기어박스 입력축 사이의 기어비는 1:1이다. 그러므로, 엔진 출력축과 기어박스 입력축은 하나의 유닛처럼 회전한다.
그러나, 그 다음의 기어변속 과정 동안 현재 기어가 분리되기 전에, 연결 장치는, 엔진 출력축과 기어박스 입력축이 다른 속도에서 회전할 수 있도록, 해제되어야 한다. 상기 연결 장치는, 엔진 출력축의 축방향 안에서 이동을 위해 구비되고, 엔진 출력축과 기어박스 입력축이 동일한 속도에서 회전하는 상호 간에 연결된 상태에서 플래닛휠 캐리어의 제2 연결부와 접촉하는 상태가 되는 제1 연결부를 포함하는, 시프트 수단들을 가질 수 있다. 엔진 출력축은 비교적 단순하고 기능적으로 기어박스 입력축에 연결될 수 있다.
발명의 다른 실시예에 따르면, 엔진 출력축은 유성기어의 썬휠에 연결되고, 기어박스의 입력축은 유성기어의 플래닛휠 캐리어에 연결되고, 전기기계의 회전자는 유성기어의 링기어에 연결된다. 이것은 관심을 두고 있는 요소들이 컴팩트한 구성을 형성할 수 있음을 의미한다.
그러나, 엔진 출력축, 기어박스 입력축, 전기기계 회전자를 유성기어의 다른 요소들 중 어떤 것에 연결하는 것도 가능하다. 바람직하기로는, 썬휠은 엔진 출력축의 주변 면에 연결되고, 플래닛휠 캐리어는 기어박스 입력축의 주변 면에 연결되고, 전기기계의 회전자는 엔진 출력축과 기어박스 입력축에 연결된다. 썬휠과 플래닛휠 캐리어는, 스플라인 방식 연결 또는 이와 유사한 연결들에 의해, 각각 엔진 출력축과 기어박스 입력축에 연결된다. 그래서, 썬휠이 엔진 출력축과 동일한 속도로 회전할 것이고, 플래닛휠 캐리어는 기어박스 입력축과 동일한 속도로 회전할 것이라는 확신을 할 수 있다. 전기기계의 회전자는 링기어의 외부 주변 면에 고정되게 붙여질 수 있다. 링기어의 내부 주변 면은 보통 이빨을 제공한다. 링기어의 외부 주변 면은 보통 매끄럽고 전기기계의 회전자를 지지하도록 매우 잘 맞추어져 있다. 그래서, 링기어와 전기기계의 회전자는 회전할 수 있는 유닛을 형성한다. 이의 대안으로, 전기기계의 회전자는 변속기를 거쳐서 링기어에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 엔진 출력축, 전기기계 회전자, 기어박스 입력축은 공통 회전 축을 중심으로 회전할 수 있도록 배치된다. 이 경우에, 엔진 출력축과 기어박스 입력축은 동축으로 배치된다. 유효하게, 전기기계는 상기 축들의 두 개의 인접한 단부에 인접하게 위치된다. 유성기어의 요소들의 적어도 하나는 전기기계의 회전자와 상기 공통 회전축 사이에 방사상의 공간 안에 위치된다. 통상적으로, 전기기계의 회전자와 회전의 공통축 사이에 기존의 방사상의 공간이 있다. 전체 유성기어는 가급적 이 공간 안에 위치된다. 그래서, 전기기계와 유성기어는, 사실상, 전기기계 혼자만 차지하는 공간보다 그렇게 큰 공간을 차지하지 않을 것이다. 그러한 배치는 가능한 매우 컴팩트한 구성을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컨트롤유닛은, 전기기계가 어떤 적절한 작동 상황에서는 저장된 전기에너지를 사용하여 기어박스 입력축에 추진력을 부여할 수 있도록 하고 다른 작동 상황에서는 기어박스 입력축의 운동에너지를 사용하여 전기에너지를 재생해서 저장할 수 있도록, 전기기계를 제어할 수 있게 구성된다. 이 경우, 차량은 연소 엔진과 같은 제1 원동기와 전기기계와 같은 제2 원동기에 의해 구동되는 하이브리드 차량이다. 전기기계에는 전기에너지를 저장하는 적어도 하나의 배터리와, 배터리와 전기기계 사이의 전기에너지 흐름을 단속하는 단속장비가 구비된다. 이에 따라, 전기기계는 기어박스 입력축의 속도 제어를 가능하게 하는 기능뿐만 아니라, 차량의 작동 상태에 따라 모터와 제네레이터로 번갈아가면서 작동할 수 있는 능력을 갖는다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 하기와 같이 첨부된 도면을 참조하여 한 예로서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량을 작동하기 위한 추진 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 추진 시스템이 작동하는 중에 추진 시스템의 다양한 요소들의 속도가 어떻게 변화되는지를 보이는 그래프이다.
도 3은 작동 중에 도 2의 요소들의 토크가 어떻게 변화되는지를 보이는 그래프이다.
도 1은 차량을 작동하기 위한 추진 시스템을 묘사한다. 이 경우, 차량은 디젤엔진(1)일 수 있는 연소 엔진(1)에 의해 주로 구동되는 하이브리드 차량이다. 엔진(1)에는 출력축(2)이 구비된다. 엔진 출력축(2)은 기어박스(4)로 향하는 입력축(3)에 대해 동축으로 배치된다. 엔진 출력축(2)과 기어박스 입력축(3)은 공통 회전 축(5)에 대해 회전하도록 배치된다. 하이브리드 차량은 엔진 출력축(2)의 일단과 기어박스 입력축(3)의 일단이 수용된 영역 안에 전기기계와 유성기어를 에워싸는 하우징(6)을 갖는다. 전기기계는 종래 방법으로 고정자(7)와 회전자(8)를 포함한다. 고정자(7)는 하우징(6)의 내부에 적당하게 고정된 고정자 코어를 갖는다. 고정자 코어는 고정자의 권선을 포함한다. 상기 전기기계는, 어떤 적절한 작동 상황에서는 저장된 전기에너지를 사용하여 기어박스 입력축(3)에 추진력을 부여하고 다른 작동 상황에서는 입력축(3)의 운동에너지를 사용하여 전기에너지를 재생하고 저장한다.
유성기어는 전기기계의 고정자(7)와 회전자(8)에 대해 실질적으로 반경 방향에서 내부에 위치된다. 유성기어는 종래와 같이 썬휠(9), 링기어(10), 플래닛휠 캐리어(11)를 포함한다. 플래닛휠 캐리어(11)는 썬휠(9)의 이빨과 링기어(10)의 이빨 사이의 방사상 공간 안에서 회전할 수 있게 배치된 다수의 기어휠들(12)을 지지한다. 썬휠(9)은 엔진 출력축(2)의 주변 면에 고정된다. 썬휠(9)과 엔진 출력축(2)은 제1 속도(n1)에서 하나의 유닛처럼 회전한다. 플래닛휠 캐리어(11)는 스플라인 방식의 연결부(13)에 의해 기어박스 입력축(3)의 주변 면에 고정되는 고정부(11a)를 갖는다. 이와 같은 연결에 의하면, 플래닛휠 캐리어(11)와 기어박스 입력축(3)이 제2속도(n2)에서 하나의 유닛처럼 회전할 수 있게 된다. 링기어(10)는 회전자(8)가 고정되게 설치되는 외부 주변 면을 갖는다. 회전자(8)와 링기어(10)는 제3 속도(n3)에서 회전하는 회전 유닛이 된다.
엔진 출력축(2)은 이동가능한 연결 수단들(14)이 구비된다. 연결 수단들은 스플라인 방식 연결부(15)에 의해 엔진 출력축(2)에 고정된다. 이 경우, 연결 수단들은 엔진 출력축(2)과의 결합 회전을 위해 그 엔진 출력축에 위치되며 엔진 출력축(2)의 축방향으로 이동가능하다. 연결 수단들은 플래닛휠 캐리어(11)의 제2 연결부(11b)에 접속가능한 제1 연결부(14a)를 갖는다. 개략적으로 묘사된 시프트 수단들(16)은 연결부들(14a, 11b)이 상호 간에 계합되지 않는 제1 위치와 연결부들(14a, 11b)이 상호 간에 계합되는 제2 위치 사이에서 이동되도록 한다. 연결부들(14a, 11b)이 상호간에 계합되었을 때, 엔진 출력축(2)과 기어박스 입력축(3)은 동일한 속도로 회전하게 된다.
컨트롤유닛(17)은 시프트 수단(16)을 제어한다. 컨트롤유닛(17)은, 또한, 전기기계가 언제 모터로서 작용해야 할지와 언제 제네레이터로서 작용해야 할지를 결정한다. 이를 결정하기 위해, 컨트롤유닛(17)은 적절한 작동 파라미터들로부터 현재 정보를 받을 것이다. 컨트롤유닛(17)은 이 목적을 위한 적절한 소프트웨어를 구비한 컴퓨터일 것이다. 컨트롤유닛(17)은 또한 배터리(19)와 전기기계의 고정자(7) 사이에서 전기에너지의 흐름을 단속하는, 개략적으로 묘사된, 단속장치(18)를 제어한다. 전기기계가 모터로 작동할 때, 저장된 전기에너지는 배터리(19)로부터 고정자(7)로 공급된다. 전기기계가 제네레이터로 작동할 때, 전기에너지는 고정자(7)로부터 배터리(19)로 공급된다. 차량의 엔진(1)과 기어박스(4) 사이의 제한되는 공간에서, 전기기계와 유성기어는 컴팩트한 유닛이 될 필요가 있다. 이 경우, 유성기어의 요소들(9 - 11)은 전기기계의 고정자(7)에 대해 실질적으로 반경 방향에서 내부에 배치된다. 여기에는 전기기계의 회전자(8), 유성기어의 링기어(10), 엔진 출력축(2), 기어박스 입력축(3)이 공통 회전 축(5)을 중심으로 회전할 수 있게 배치된다. 이러한 형태에서, 전기기계와 유성기어는 매우 컴팩트한 유닛이 된다.
도 2 및 도 3은 차량의 다른 작동 상태에서 엔진 출력축(2), 전기기계의 회전자(8), 기어박스 입력축(3)에 대한 속도(n)와 토크(M)가 시간(t)에 대해 변화되는 예를 도시한다. 엔진 출력축(2)의 제1 속도(n1)와 제1 토크(M1)는 파선으로 보여지고, 기어박스 입력축(3)의 제2 속도(n2)와 제2 토크(M2)는 실선으로 보여지고, 전기기계의 제3 속도(n3)와 제3 토크(M3)는 점선으로 보여진다. 썬휠(9)의 이빨수(z1)와 링기어(10)의 이빨수(z2) 사이의 관계는 이 사례에서 z1/z2=0.7이다.
연소 엔진(1)은 t=0-1 기간 동안 시작된다. 연소 엔진은 처음에 500rpm으로 공회전한다. 그래서, 기어박스 안에 계합된 기어는 없고, 차량은 정지 상태이다. 기어박스(4) 안에서 제1 기어를 계합하는 것을 가능하게 하기 위해서는, 기어박스 입력축(3)도 정지상태에 있어야 한다. 그래서, 기어박스 입력축(3)의 제2 속도(n2)는 제1 기어가 계합되는 것을 가능하게 하기 위해 0rpm이 되어야 한다. 그러므로, 컨트롤유닛(17)은, 기어박스 입력축(3)의 제2 속도(n2)가 0이 되도록, 전기기계가 링기어(10)를 구동할 필요가 있는 제3 속도(n3)를 계산하기 위한 기초로서 유성기어의 기어비의 정보를 이용한다. 여기서, 전기기계는 링기어(10)를, 상기 기어휠 비가 -0.7*500rpm=-350rpm이 되는 제3 속도(n3)로, 엔진 출력축(2)에 대해 반대방향으로, 회전시켜야 한다. 여기서, 컨트롤유닛(17)은, 전기기계와 링기어가 -350rpm의 제3 속도(n3)를 취하도록, 전기기계와 링기어(10)를 제어한다. t=0-1기간 동안, 기어박스(4) 안에 토크 없는 상태가 된다. 이 기간 동안 엔진 출력축(2), 전기기계, 기어박스 입력축(3) 각각은 실질적으로 선형으로 증가하는 토크(M1, M2, M3)를 취한다.
t=1에서, 제1 기어가 기어박스(4) 안에 계합된다. t=1-4 기간 동안, 차량은 연소 엔진과 전기기계에 의해 가속된다. 여기서, 컨트롤유닛(17)은, 차량을 희망하는 방법으로 가속하기 위해, 전기기계가 엔진을 도울 수 있도록, 전기기계의 제3 속도(n3)가 어떻게 변화해야 할지를 계산한다. 여기서, 엔진의 제1 속도(n1)는 500rpm에서 1000rpm으로 실질적으로 선형으로 증가한다. 또한, 컨트롤유닛(17)은 전기기계의 제3 속도(n3)를 -350rpm에서 1000rpm, 즉 엔진과 동일한 속도로 실질적으로 선형으로 증가시킨다. 엔진의 제1 토크(M1)와 전기기계의 제3 토크(M3)는 이 기간 동안 실질적으로 동등해진다. 여기서, 엔진의 제1 속도(n1)는, 유성기어에 의해서, 제어된 제2 토크(M2)에서 차량이 부드럽게 움직이기 시작하게 하는 다양한 기어비를 갖는 기어박스 입력축(3)의 제2 속도(n2)로 전환된다.
t=4에서, 기어박스 입력축(3)은 엔진 출력축의 제1 속도(n1)와 동일한 속도(n2)에 도달할 것이다. 여기서, 컨트롤유닛(17)은 시프트 수단(16)을 작동시키되, 연결 수단(14)을 연결부들(14a, 11b)이 상호 계합되는 연결 위치로 이동시키도록 작동시킨다. t=4-7기간 동안, 연소 엔진은 기어박스 입력축(3)의 실질적으로 전체 작동과 그에 따른 차량의 작동에 부합한다. 여기서, 전기기계의 제3 토크(M3)는 0으로 떨어지지만, 전기기계는 엔진 출력축(2)과 기어박스 입력축(3)과 동일한 제3속도(n3)로 회전한다. t=5-7기간 동안, 차량의 속도는 증가하고, 상기 요소들의 속도들(n1, n2, n3)의 증가를 야기한다.
t=7에서, 고단 기어는 기어박스(4) 안에서 계합될 필요가 있다. 컨트롤유닛(17)은, 연결수단들(14)을 연결이 끊어진 위치로 이동시키도록, 시프트 수단(16)을 작동시킨다. 엔진 출력축(2)과 기어박스 입력축(3) 사이의 연결은 중단된다. 여기서, 컨트롤유닛(17)은, 차량의 속도와 현재 기어박스(4) 안에서 계합되어 있는 기어의 수단에 의해, 기어박스 입력축(3)이 기어박스(4) 안에서 토크 없는 상태가 달성되어야 할 필요가 있는 제2 속도(n2)를 계산한다. 그 다음에, 컨트롤유닛(17)은, 기어박스 입력축(3)이 엔진의 우세한 제1 속도(n1)에서 계산된 제2 속도(n2)를 취하도록, 전기기계가 실행될 필요가 있는 제3 속도(n3)를 계산한다. 컨트롤유닛(17)은, 기어박스 안에 토크 없는 상태가 발생하도록, 전기기계를 계산된 제3 속도(n3)로 작동시키고, 그 결과, 기어는 분리된다. 여기서, 모든 토크들(M1, M2, M3)은 0이다.
현재 기어가 분리되면, 다른 기어가 계합된다. 여기서, 컨트롤유닛(17)은, 다른 기어가 계합될 때, 기어박스(4) 안에서 토크-프리 상태를 발생시키기 위해, 기어박스 입력축(3)이 실행되어야 할 필요가 있는 희망하는 제2속도(n2)를 계산한다. 그 다음에, 컨트롤유닛(17)은, 기어박스 입력축(3)이 엔진의 우세한 제1 속도(n1)에서 계산된 제2속도(n2)를 취하도록, 전기기계가 실행될 필요가 있는 제3 속도(n3)를 계산한다. 컨트롤유닛(17)은 전기기계를 계산된 제3 속도(n3)로 작동시키고, 그 결과, 기어는 분리된다. 이것은 t=9에서 일어난다. t=9-11기간 동안, 차량은 연소 엔진과 전기기계에 의해, 실질적으로 동일한 토크들(M1, M3)로 구동된다. 컨트롤유닛(17)은, 엔진의 제1 속도(n1)가 1200rpm에서 1000rpm으로 떨어지는 동안, 기어박스 입력축(3)의 제2 속도(n2)=1000rpm을 유지하도록, 전기기계의 제3 속도(n3)를 제어한다.
t=11에서, 엔진은 기어박스 입력축(3)의 제2 속도(n2)와 동일한 속도(n1)를 취할 것이다. 컨트롤유닛(17)은, 연결수단들(14)을 연결부로 이동시키도록, 시프트 수단(16)을 작동시킨다. t=11-12기간 동안, 엔진은 계속해서 차량의 추진력을 받는다. t=12에서, 운전자는 액셀러레이터 페달을 푼다. 그리고 나서, 기어박스 입력축(3)은, 엔진이 제동되는 동안, 전기기계를 구동한다. 여기서, 전기기계는 배터리(19)에 저장되는 전기에너지를 발전한다. t=15에서, 엔진의 제1 속도(n1)는 500rpm 공회전 상태로 떨어질 것이다. 전기기계의 제3 속도(n3)와 기어박스 입력축의 제2 속도(n2)는, 곡선이 t=17에서 중단될 때까지, 계속해서 떨어진다.
현재 기어가 기어박스 안에서 분리될 때 또는 다른 기어가 계합될 때, 현재 장치는 전기기계의 수단들에 의해 기어박스(4) 안에서 토크 없는 상태를 발생시킨다. 이것은 기어변경 과정 동안 기어박스(4)로부터 엔진을 분리시키기 위해 클리치 기구가 사용될 필요가 없음을 의미한다. 그러므로, 제어장치와 관련된 종래의 클러치 기구는 필요 없게 될 수 있다. 차량이 움직이기 시작하는 과정 동안, 그리고 다른 기어가 계합될 때, 엔진과 기어박스 입력축(3)을 동일한 속도로 하기 위해 미끄럼 클러치 디스크들이 사용될 필요가 없다. 종래의 클러치 기구를 사용할 때 대비, 기어변경 과정과 움직이기 시작하는 과정이 상당히 에너지 절약적이다. 이 경우, 컨트롤유닛(17)은, 엔진과 기어박스 입력축이 동일한 속도로 취할 때까지, 전기기계의 수단들에 의해 엔진과 기어박스 입력축(3) 사이의 기어비를 변화시킨다. 이렇게 하여, 제어된 토크에서 부드럽게 이동하기 시작하는 것이 달성되는 것이 가능하다.
발명은 개시된 실시예에 제한되는 것이 아니고, 청구범위의 범위 내에서 자유롭게 다양화될 수 있다. 예를 들어, 기어비를 갖는 변속기는 회전자(8)와 링기어(10) 사이에 설치될 수 있고, 그래서 변속기는 동일한 속도로 회전할 필요가 없다.

Claims (9)

  1. 연소 엔진(1)의 출력축(2), 기어박스(4)의 입력축(3), 고정자(7)와 회전자(8)를 포함하는 전기기계, 및 썬휠(9)과 링기어(10)와 플래닛휠 캐리어(11)를 포함하는 유성기어를 포함하고,
    상기 엔진 출력축(2)은 상기 유성기어의 썬휠(9)에 연결되어 제1 속도(n1)에서 하나의 유닛으로 회전하고,
    상기 기어박스 입력축(3)은 상기 유성기어의 플래닛휠 캐리어(11)에 연결되어 제2 속도(n2)에서 하나의 유닛으로 회전하고,
    상기 전기기계의 회전자(8)는, 상기 유성기어의 링기어(10)가 제3 속도(n3)로 회전할 수 있게, 상기 유성기어의 링기어(10)에 연결되는, 차량용 추진 시스템에 있어서,
    상기 기어박스 입력축(3)의 희망하는 제2 속도(n2)를 산출하고, 상기 엔진 출력축(2)의 제1 속도(n1)에 대한 정보를 수집하고, 상기 전기기계를 제어하되, 상기 기어박스 입력축(3)이 상기 엔진 출력축(2)의 제1 속도(n1)와 결부되어 희망하는 제2 속도(n2)를 취할 수 있게 하는 속도(n3)를 상기 전기기계가 상기 유성기어의 링기어(10)에 부여할 수 있도록, 전기기계를 제어하는, 컨트롤유닛(17)을 포함하고;
    상기 엔진 출력축(2)이 상기 유성기어의 썬휠(9)에 연결되고;
    상기 기어박스 입력축(3)이 상기 유성기어의 플래닛휠 캐리어(11)에 연결되고;
    상기 전기기계의 회전자(8)가 상기 유성기어의 링기어(10)에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 추진 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤유닛(17)은, 기어변속 과정 동안 상기 기어박스에서 기어가 분리 또는 계합될 수 있게 하는 상기 기어박스 입력축(3)의 희망하는 제2 속도(n2)를 산출하고, 상기 기어박스 입력축(3)이 상기 엔진 출력축(2)의 제1 속도(n1)와 결부되어 희망하는 제2 속도(n2)를 취할 수 있게 하는 속도(n3)를 전기기계가 상기 유성기어의 링기어(10)에 부여할 수 있도록 전기기계를 제어할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 추진 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤유닛(17)은, 차량이 움직이기 시작하는 과정 동안 미리 결정된 기어비에서 상기 엔진 입력축(2)의 제1 속도(n1)에 대한 희망하는 제2 속도(n2)를 상기 기어박스 입력축(3)이 상기 엔진 출력축(2)의 제1 속도(n1)와 결부되어 취할 수 있게 하는 속도(n3)를 전기기계가 상기 유성기어의 링기어(10)에 부여할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 추진 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    차량의 작동 동안, 상기 엔진 출력축(2)과 상기 기어박스 입력축(3)을 함께 해제 가능하게 연결하는 것을 가능하게 하는 연결 수단(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 추진 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결 수단은 상기 엔진 출력축(2)의 축방향에서 이동을 위해 설치되는 시프트 수단(16)을 구비하고,
    상기 시프트 수단은, 상기 엔진 출력축(2)과 상기 기어박스 입력축(3)이 동일한 속도(n1, n2)로 회전하는 상호 연결된 상태에서, 상기 플래닛휠 캐리어(11)의 제2 연결부(11b)와 연결된 상태가 되는 제1 연결부(14a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 추진 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 썬휠(9)은 상기 엔진 출력축(2)의 주변 면에 연결되고,
    상기 플래닛휠 캐리어(11)는 상기 기어박스 입력축(3)의 주변 면에 연결되는 연결부(13)를 갖고,
    상기 전기기계의 회전자(8)는 상기 링기어(10)의 주변 면에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 추진 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 엔진 출력축(2), 상기 전기기계의 회전자(8), 상기 기어박스 입력축(3)은 공통 회전 축(5)을 중심으로 회전하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 추진 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유성기어의 썬휠(9), 링기어(10) 및 플래닛휠 캐리어(11)는 상기 전기기계의 고정자(7)와 상기 회전의 공통축(5) 사이의 방사상 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 추진 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤유닛(17)은, 상기 전기기계가 모터로 작동할 때에는 저장된 전기에너지를 사용하여 상기 기어박스 입력축(3)에 추진력을 전달하고 제네레이터로 작동할 때에는 상기 기어박스 입력축(3)의 운동에너지를 사용하여 전기에너지를 재생하고 저장할 수 있도록, 전기기계를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 추진 시스템.
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