KR101564184B1 - 구동 시스템 및 이를 포함하는 전기 차량 - Google Patents

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Abstract

전기 차량의 구동 시스템 및 이를 포함하는 전기 차량을 제공한다. 구동 시스템은, 구동 모터(1), 트랜스미션(40), 및 유압 시스템(50)을 포함한다. 트랜스미션(40)은, 입력 샤프트(2), 출력 샤프트(9), 제1 트랜스미션 유닛(B1), 제1 클러치(6), 제2 트랜스미션 유닛(B2), 및 제2 클러치(3)를 포함할 수 있다.

Description

구동 시스템 및 이를 포함하는 전기 차량{DRIVING SYSTEM AND ELECTRIC VEHICLE COMPRISING THE SAME}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 2011년 12월 30일자로 중화인민공화국 국가지식산권국(SIPO)에 출원된 중국 특허출원번호 제201120563824.1호인 우선권을 주장하며, 그 전문은 본 명세서에 참고로 원용된다.
본 개시 내용은, 차량 분야에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 전기 차량을 위한 구동 시스템 및 이를 포함하는 전기 차량에 관한 것이다.
전기 차량은 급속하게 개발되어 왔다. 전기 차량은 전력 배터리를 전기 차량의 전원으로서 채용하고 전기 모터에 의해 구동되며, 이에 따라 엔진의 제한 사항을 회피하며 환경 오염을 저감한다.
종래에는, 전기 차량은, 트랜스미션 비가 일정한 감속기와 구동 모터에 의해 구동될 수 있다. 저속에서 구동 모터의 출력 토크는 크고 효율은 낮다는 점은 널리 알려져 있다. 속도를 증가시킴에 따라, 구동 모터의 효율도 점진적으로 증가하지만, 출력 토크는 감소된다.
트랜스미션 비가 일정한 감속기를 포함하는 전기 차량의 경우에, 감속기가 큰 출력 토크를 갖도록 설계되어 있다면, 효율은, 구동 모터의 속도가 증가함에 따라 느리게 증가하며, 이에 따라 전기 차량의 전력 소모가 고속에서 크다. 감속기가 고속을 갖도록 설계되어 있다면, 효율은 구동 모터의 속도가 증가함에 따라 빠르게 증가한다. 그러나, 감속기의 트랜스미션 비는 낮으므로, 휠에 전달되는 토크는 매우 낮아서 차량의 출발 또는 등판의 요건을 충족시킬 수 없다. 그 결과, 전기 차량의 가속 능력은 불량하며, 전력 소모는 전기 차량의 저속에서 크다. 예를 들어, 전기 버스는 빈번하게 정지, 출발, 또는 가속할 필요가 있으며, 이는 구동 모터의 효율을 낮게 할 수 있다. 따라서, 종래의 전기 차량의 구동 시스템은 저속과 고속 모두에서의 동작 조건들을 동시에 충족시키기 어려우며, 따라서, 구동 모터의 효율이 낮으며, 이는 전기 차량의 크루즈 범위를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 종래의 전기 차량은 복잡한 도로 상황에 적합하지 않을 수 있다.
상술한 바를 고려할 때, 본 개시 내용은 종래 기술에 존재하는 문제점들 중 적어도 하나를 해결하는 것이다. 이에 따라, 다양한 조건들 하에 있는 구동 모터의 효율을 효과적으로 개선하도록 구동 모터의 토크와 속도 특성들을 적절히 매칭시킬 수 있는 전기 차량의 구동 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 구동 시스템을 포함하는 전기 차량을 제공할 수도 있다.
본 개시 내용의 일 태양에 따르면, 전기 차량의 구동 시스템을 제공할 수 있다. 구동 시스템은 구동 모터와 트랜스미션을 포함한다. 트랜스미션은, 입력 샤프트, 출력 샤프트, 제1 트랜스미션 유닛, 제1 클러치, 제2 트랜스미션 유닛, 제2 클러치, 및 유압 시스템을 포함할 수 있다. 입력 샤프트는 구동 모터에 연결될 수 있다. 제1 트랜스미션 유닛은, 입력 샤프트와 출력 샤프트 간에 동력을 전달하도록, 제1 트랜스미션 비를 가질 수 있고, 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이에 연결될 수 있다. 제1 클러치는, 입력 샤프트와 제1 트랜스미션 유닛 간의 동력 전달을 연결 및 연결해제하도록, 입력 샤프트 상에 배치될 수 있고 제1 트랜스미션 유닛에 연결될 수 있다. 제2 트랜스미션 유닛은, 제1 트랜스미션 비보다 작은 제2 트랜스미션 비를 가질 수 있고, 입력 샤프트와 출력 샤프트 간에 동력을 전달하도록 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이에 연결될 수 있다. 제2 클러치는, 입력 샤프트와 제2 트랜스미션 유닛 간의 동력 전달을 연결 및 연결해제하도록, 입력 샤프트 상에 배치될 수 있고 제2 트랜스미션 유닛에 연결될 수 있다. 유압 시스템은 제1 클러치와 체결 및 체결해제하도록 제1 클러치에 연결될 수 있고, 제2 클러치와 체결 및 체결해제하도록 제2 클러치에 연결될 수 있다.
본 개시 내용의 다른 태양에 따르면, 전기 차량을 제공할 수 있다. 전기 차량은 전술한 바와 같은 구동 시스템을 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 구동 시스템과 전기 차량을 이용하는 경우, 구동 모터의 토크 및 속도 특성들을 서로 대략 매칭할 수 있고, 따라서, 서로 다른 구동 조건들 하에서의 구동 모터의 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
본 개시 내용의 이러한 태양과 장점 및 다른 태양과 장점은 도면과 함께 이하의 설명으로부터 명백해질 것이며 쉽게 인식될 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 일 실시예에 따라 전기 차량의 구동 시스템을 개략적으로 도시하는 도.
도 2는 본 개시 내용의 일 실시예에 따라 전기 차량의 유압 시스템을 개략적으로 도시하는 도.
이하에서는, 본 개시 내용의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 명세서에서 설명하는 실시예들은 단지 본 개시 내용을 대략적으로 이해하는 데 사용되며 본 개시 내용을 한정하는 것으로 해석해서는 안 된다는 점을 이해하기 바란다.
이하의 설명에서, "제1"과 "제2"라는 용어들은, 설명을 위해서만 사용되며, 기술적 특징들의 품질을 함축적으로 나타내거나 상대적 중요도를 함축적으로 또는 암시적으로 가리키는 것으로 해석해서는 안 된다는 점을 이해하기 바란다. 따라서, "제1"과 "제2"에 의해 규정되는 특징들은 하나 이상의 특징들을 명시적으로 또는 함축적으로 포함할 수도 있다. 이하의 설명에서, 달리 언급하지 않는 한, "복수의"라는 용어는 2개 이상을 의미한다.
이하의 설명에서, "연결" 등의 부착, 결합 등에 관한 용어들은, 달리 언급하지 않는 한, 구조들이 서로 직접적으로 또는 간섭 구조물을 통해 간접적으로 고정되거나 부착되는 관계 또는 구조들이 서로 연통되는 관계를 가리킨다는 점을 이해하기 바란다.
본 개시 내용의 실시예들에 따른 전기 차량의 구동 시스템을 도 1과 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전기 차량의 구동 시스템(100)은, 구동 모터(1), 트랜스미션(40), 및 유압 시스템(50)을 포함한다.
구체적으로, 트랜스미션(40)은, 입력 샤프트(2), 출력 샤프트(9), 제1 트랜스미션 유닛(B1), 제1 클러치(6), 제2 트랜스미션 유닛(B2), 및 제2 클러치(3)를 포함할 수 있다. 구동 모터(1)는 입력 샤프트(2)를 회전시키도록 입력 샤프트(2)에 결합될 수 있다.
본 개시 내용의 일부 실시예들에서, 구동 모터(1)는 스플라인을 통해 입력 샤프트(2)에 연결 또는 결합될 수 있다. 그러나, 본 개시 내용은 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에서, 구동 모터(1)는 다른 수단에 의해 입력 샤프트(2)에 직접 결합될 수 있다.
본 개시 내용의 실시예들에 따르면, 구동 모터(1)는, 구동 모터와 입력 샤프트 사이의 클러치와 토크 변환기 없이 입력 샤프트(2)에 직접 결합되며, 이는 엔진을 채용하는 종래의 차량과 다른 점이며, 따라서, 동력 전달 효율을 개선하고 그 구조를 간략화한다.
제1 트랜스미션 유닛(B1)은 입력 샤프트와 출력 샤프트 간에 동력을 전달하도록 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(9) 사이에 연결될 수 있다. 제2 트랜스미션 유닛(B2)은 입력 샤프트와 출력 샤프트 간에 동력을 전달하도록 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(9) 사이에 연결될 수 있다.
제1 클러치(6)는, 입력 샤프트(2)와 제1 트랜스미션 유닛(B1) 간의 동력 전달을 연결 및 연결해제하도록 입력 샤프트(2) 상에 배치될 수 있고 제1 트랜스미션 유닛(B1)에 연결될 수 있다. 다시 말하면, 제1 클러치(6)는 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(9) 간의 동력 전달을 연결 및 연결해제하도록 구성될 수 있다.
제2 클러치(3)는, 입력 샤프트(2)와 제2 트랜스미션 유닛(B2) 간의 동력 전달을 연결 및 연결해제하도록 입력 샤프트(2) 상에 배치될 수 있고 제2 트랜스미션 유닛(B2)에 연결될 수 있다. 다시 말하면, 제2 클러치(3)는 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(9) 간의 동력 전달을 연결 및 연결해제하도록 구성될 수 있다. 제1 트랜스미션 유닛(B1)은 제1 트랜스미션 비를 가질 수 있다. 제2 트랜스미션 유닛(B2)은 제1 트랜스미션 비보다 작은 제2 트랜스미션 비를 가질 수 있다.
유압 시스템(50)은, 제1 클러치(6)와 체결 및 체결해제하도록 제1 클러치(6)에 연결될 수 있고, 제2 클러치(3)와 체결 및 체결해제하도록 제2 클러치(3)에 연결될 수 있다.
본 개시 내용의 실시예들에 따른 전기 차량의 구동 시스템을 이용하는 경우에, 트랜스미션은 제1 트랜스미션 유닛(B1)과 제2 트랜스미션 유닛(B2)을 가질 수 있고, 제1 트랜스미션 유닛(B1)의 제1 트랜스미션 비는 제2 트랜스미션 유닛(B2)의 트랜스미션 비보다 클 수 있고, 이에 따라 구동 모터의 토크와 속도 특성들을 적절히 매칭하여 서로 다른 구동 조건들 하에서의 구동 모터의 효율을 효과적으로 개선할 수 있다. ㄸ라서, 에너지를 세이브할 수 있고, 차량의 크루즈 범위를 증가시킬 수 있고, 구동 시스템의 구조를 간략화할 수 있다.
더욱 구체적으로, 전기 차량의 이동 속도가 느리면, 예를 들어, 전기 차량이 출발, 등판, 또는 가속하는 경우에, 요구되는 출력 토크는 클 수 있으며, 이에 따라 유압 시스템(50)이 제1 클러치(6)와 체결할 수 있다. 다시 말하면, 차량이 제1 전방 기어로 스위칭되고, 구동 모터(1)로부터의 동력이 입력 샤프트(2)에 전달될 수 있고, 이어서, 동력이 입력 샤프트(2)로부터 제1 클러치(6)와 제1 트랜스미션 유닛(B1)을 통해 출력 샤프트(9)로 전달될 수 있고, 결국, 동력이 전기 차량의 휠(W)에 전달될 수 있다. 제1 트랜스미션 유닛(B1)이 더욱 큰 트랜스미션 비를 갖기 때문에, 휠(W)에 전달되는 토크가 더욱 크고, 따라서 저속에서의 고 출력 토크라는 요건을 충족한다.
전기 차량의 속도가 증가하면, 요구되는 출력 토크가 낮을 수 있고, 이에 따라 유압 시스템이 제1 클러치(6)와 체결해제하고 제2 클러치(3)와 체결할 수 있다. 다시 말하면, 차량이 제2 전방 기어로 스위칭되면, 동력이 입력 샤프트(2)로부터 제2 클러치(3)와 제1 트랜스미션 유닛(B2)을 통해 출력 샤프트(9)로 전달될 수 있다. 제2 트랜스미션 유닛(B2)이 더욱 작은 트랜스미션 비를 갖기 때문에, 차량의 휠(W)에 전달되는 토크가 감소될 수 있고 휠(W)의 회전 속도가 증가할 수 있고, 이에 따라 저 출력 토크와 빠른 출력 회전 속도라는 요건을 충족할 수 있다.
차량을 역으로 즉 후진시킬 필요가 있는 경우에, 구동 모터(1)가 역회전할 수 있고, 유압 시스템(500이 제2 클러치(3)와 체결해제하고 제1 클러치(6)와 체결할 수 있다. 다시 말하면, 차량이 후진 기어로 스위칭되면, 동력이 제1 클러치(6)와 제1 트랜스미션 유닛(B1)을 통해 휠(W)에 전달된다. 차량이 후진을 위해 큰 출력 토크를 필요로 할 수 있기 때문에, 더욱 큰 트랜스미션 비를 갖는 제1 트랜스미션 유닛(B1)을 통해 동력을 전달하도록 제1 클러치(6)와 체결하는 것이 유리하다.
전술한 바와 같이, 트랜스미션 유닛들을 적절히 선택함으로써, 구동 모터(1)의 토크와 속도 특성들을 적절히 매칭하여 서로 다른 구동 조건들 하에서의 구동 모터의 효율을 효과적으로 개선할 수 있고, 이에 따라 에너지를 세이브할 수 있고 전기 차량의 크루즈 범위를 증가시킬 수 있다. 따라서, 전기 차량은 엔진을 채용하는 종래의 차량의 특성들과 유사한 특성들을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시 내용의 실시예들에 따른 전기 차량의 구동 시스템은 제1 트랜스미션 유닛(B1)과 제2 트랜스미션 유닛(B2)을 가질 수 있고, 다시 말하면, 차량은 2개의 전방 기어와 1개의 후진 기어를 가질 수 있다. 본 개시 내용은 이에 한정되지 않는다는 점을 이해하기 바란다. 일부 실시예들에서, 구동 시스템은 3개 또는 4개의 트랜스미션 유닛 등의 임의의 적절한 개수의 트랜스미션 유닛을 가질 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일부 실시예들에서, 제1 트랜스미션 유닛(B1)은, 입력 샤프트(2) 상에 배치된 제1 기어(5), 및 출력 샤프트(9) 상에 배치되고 제1 기어(5)와 맞물리는(mesh) 제2 기어(7)를 포함할 수 있다. 제1 기어(5)와 제2 기어(7)는 원통형 기어로서 구성될 수 있다. 따라서, 제1 트랜스미션 유닛(B1)의 구조는 간단한다. 제1 기어(5)는 입력 샤프트(2) 위로 회전가능하게 끼워질 수 있고, 제2 기어(7)는 출력 샤프트(9)에 고정된다. 제1 클러치(6)의 주동 부분은 입력 샤프트(2)에 고정될 수 있고, 제1 클러치(6)의 종동 부분은 제1 기어(5)에 연결될 수 있다.
제2 트랜스미션 유닛(B2)은, 입력 샤프트(2) 상에 배치된 제3 기어(4), 및 출력 샤프트(9) 상에 배치되고 제3 기어(4)와 맞물리는 제4 기어(8)를 포함한다. 제3 기어(4)는 입력 샤프트(2) 위로 회전가능하게 끼워질 수 있고, 제4 기어(8)는 출력 샤프트(9)에 고정될 수 있다. 제2 클러치(3)의 주동 부분은 입력 샤프트(2)에 고정될 수 있고, 제2 클러치(3)의 종동 부분은 제3 기어(4)에 연결될 수 있다.
도 2를 참조하여 구동 시스템의 유압 시스템(50)을 상세히 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 유압 시스템(50)은, 오일 컨테이너(16), 제1 클러치(6)를 구동하기 위한 제1 클러치 구동 회로(L1), 제2 클러치(3)를 구동하기 위한 제2 클러치 구동 회로(L2), 내부 펌프(18), 내부 펌프(18)의 출구에 직렬 연결된 제1 체크 밸브(23), 외부 펌프(20), 및 외부 펌프(20)의 출구에 직렬 연통된 제2 체크 밸브(22)를 포함한다.
트랜스미션 유닛들의 개수가 증가하면, 이에 따라 클러치 구동 회로의 개수가 증가할 수 있다는 점을 이해할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 클러치 구동 회로(L1)와 제2 클러치 구동 회로(L2)를 병렬 연결할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 클러치 구동 회로(L1)는 제1 구동 실린더(151)와 제1 비례 제어 밸브(proportional valve; 31)를 포함한다. 예를 들어, 제1 비례 제어 밸브(31)는 2위치 3방향 솔레노이드 밸브(two-position three-way solenoid valve)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 클러치 구동 회로(L1)는, 제1 비례 제어 밸브(31)와 제1 구동 유압 실린더(151) 사이에 연결된 제1 버퍼(38)를 더 포함할 수 있다. 대안으로, 제1 클러치 구동 회로(L1)의 오일 압력을 검출하기 위한 제1 오일 압력 센서(35)를 제1 버퍼(38)와 제1 비례 제어 밸브(31) 사이에 배치할 수 있다.
마찬가지로, 제2 클러치 구동 회로(L2)는 제2 구동 유압 실린더(111)와 제2 비례 제어 밸브(32)를 포함할 수 있다. 제2 버퍼(37)는 제2 비례 제어 밸브(32)와 제2 구동 유압 실린더(111) 사이에 연결될 수 있다. 제2 클러치 구동 회로(L2)의 오일 압력을 검출하기 위한 제2 오일 압력 센서(34)를 제2 버퍼(37)와 제2 비례 제어 밸브(32) 사이에 배치할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 비례 제어 밸브(31)는 제1 구동 실린더(151) 및 오일 컨테이너(16)에 각각 연결될 수 있고, 제2 비례 제어 밸브(32)는 제2 구동 실린더(111) 및 오일 컨테이너(16)에 각각 연결될 수 있다. 제1 구동 실린더(151)의 피스톤은, 제1 클러치(6)를 구동하여 체결 또는 체결해제하도록 제1 클러치(6)의 주동 부분에 연결될 수 있다. 제2 구동 실린더(111)의 피스톤은, 제2 클러치(3)를 구동하여 체결 또는 체결해제하도록 제2 클러치(3)의 주동 부분에 연결될 수 있다.
내부 펌프(18)는 출력 샤프트(9)에 의해 구동되고, 외부 펌프(20)는 외부 펌프 모터(M)에 의해 구동될 수 있다. 내부 펌프(18)와 외부 펌프(20)의 입구들은 오일 컨테이너(16)와 연통된다. 일부 실시예들에서, 제1 필터(17)는, 오일 컨테이너(16)와, 내부 펌프(18)와 외부 펌프(20)의 입구들 사이에 배치된다.
일부 실시예들에서, 내부 펌프(18)와 외부 펌프(20)의 출구들은 제1 비례 제어 밸브(31)와 제2 비례 제어 밸브(32)와 연통될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 필터(27)는, 제1 및 제2 비례 제어 밸브(31, 32)와, 내부 및 외부 펌프(18, 20)의 출구들 사이에 배치될 수 있다. 제2 필터(27)의 필터링 정밀도는 제1 필터(17)의 필터링 정밀도보다 높고, 이에 따라 제1 비례 제어 밸브(31)와 제2 비례 제어 밸브(32) 내의 유압유의 청결성을 더욱 개선할 수 있다.
내부 펌프(18)와 외부 펌프(20)는 병렬 연결될 수 있고, 제1 체크 밸브(23)는 내부 펌프(18)의 출구측에서 직렬 연결될 수 있고, 제2 체크 밸브(22)는 외부 펌프(20)의 출구측에서 직렬 연결될 수 있고, 직렬 연결되는 제1 체크 밸브(23)와 내부 펌프(18)는, 오일 컨테이너(16)와 제1 및 제2 비례 제어 밸브(32, 31) 사이에서 직렬 연결되는 제2 체크 밸브(22)와 외부 펌프(20)에 병렬 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 유압 시스템(50)은, 제1 및 제2 체크 밸브(23, 22)와 제1 및 제2 비례 제어 밸브(32, 31) 사이의 오일 라인에 연결된, 유압 시스템(50)의 주 오일 라인(main oil line) L 내의 오일 압력을 검출하기 위한 주 오일 압력 센서(28) 및 축적기(29)를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 유압 시스템(50)은, 직렬 연결된 제1 체크 밸브(23)와 내부 펌프(18) 및 직렬 연결된 제2 체크 밸브(22)와 외부 펌프(20)에 병렬 연결된 릴리프 밸브(relief valve; 21)를 더 포함할 수 있다. 릴리프 밸브(21)는 주 오일 라인 L 내의 넘치는 유압유를 오일 컨테이너(16) 내로 향하게 하는 데 사용된다.
유압 시스템(500은, 트랜스미션의 베어링, 각 기어 쌍들 등의 구동 시스템에 윤활유를 공급하도록 내부 펌프(18)에 병렬 연결된 압력 조절 밸브(26)를 더 포함할 수 있다.
제4 체크 밸브(24)는, 내부 펌프(18)가 역으로 동작할 때 압력 조절 밸브(26)로의 역 흡입을 방지하도록 내부 펌프(18)의 출구와 압력 조절 밸브(26) 사이에 배치될 수 있다. 압력 조절 밸브(26)는 제1 댐퍼(25A)에 직렬 연결될 수 있다. 유압 시스템(50)은, 트랜스미션의 베어링과 각 기어 쌍들 등의 구동 시스템에 윤활유를 제공하기 위한 제1 윤활유 라인을 더 포함할 수 있다. 제2 댐퍼(25B)는 윤활유 라인에 배치될 수 있다. 차량이 출발하면, 유압유가 윤활유 라인을 통해 윤활 시스템 내에 공급되어 트랜스미션의 베어링과 각 기어 쌍들을 윤활할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제3 체크 밸브(19)는, 차량의 후진 동작 동안 내부 펌프(18)에서 역 흡입이 발생하는 경우에 공기 흡입을 방지하도록 외부 펌프(18)에 병렬 연결된다.
이하에서는, 본 개시 내용의 실시예들에 따른 구동 시스템의 유압 시스템(50)의 동작을 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 유압 시스템(50)이 기동한 후에, 내부 펌프(18) 및/또는 외부 펌프(20)는 제1 필터(17)를 통해 오일 컨테이너(16)로부터 오일을 흡입할 수 있다. 유압 오일은 주 오일 라인 L 내로 흐를 수 있고, 이어서 제1 클러치 구동 회로(L1)와 제2 클러치 구동 회로(L2) 중 하나 내로 흐를 수 있어서, 제1 유압 실린더(151)와 제2 유압 실린더(111) 중 하나를 구동할 수 있다.
간략성을 위해, 제1 유압 실린더(151)를 구동하기 위한 동작을 일례로 설명한다. 제1 유압 실린더(151)를 구동하기 위한 동작을 제2 클러치 구동 회로(L2)에도 적용할 수 있음을 이해할 수 있다.
제1 유압 실린더(151)의 피스톤은, 제1 클러치(6)의 주동 부분과 종동 부분을 가압하여 서로 체결시키도록 유압유 압력을 받는 리턴 스프링을 포함할 수 있고, 이에 따라 동력이 입력 샤프트(2)로부터 제1 클러치(6)를 통해 출력 샤프트(9)로 전달되고 최종적으로 휠(W)에 전달될 수 있다.
제1 클러치(6)가 체결해제되면, 제1 클러치 구동 회로(L1)가 오일 컨테이너(16)에 연통될 수 있고, 제1 유압 실린더(151) 내의 오일 압력이 빠르게 감소될 수 있고, 제1 유압 실린더(151)의 피스톤은 리턴 스프링의 가압으로 인해 빠르게 이동할 수 있고, 이에 따라 유압유가 오일 컨테이너(16) 내로 흐를 수 있다. 따라서, 제1 클러치(6)의 주동 부분과 종동 부분이 서로 체결해제될 수 있고, 이에 따라 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(9) 간의 동력 전달을 단절할 수 있다.
본 개시 내용의 실시예들에 따른 구동 시스템(50)을 이용하는 경우, 일반적으로, 유압유를 공급하도록 내부 펌프(18)를 이용할 수 있다. 내부 펌프(18)는 출력 샤프트(9)에 의해 구동될 수 있고, 제1 체크 밸브(23)는, 유압유가 내부 펌프(18)로부터 제1 및 제2 클러치 구동 회로(L1, L2)로만 흐르게 할 수 있고, 이에 따라 유압 시스템 내의 오일 압력이 내부 펌프(18)의 동작에 영향을 끼치는 것을 방지할 수 있고 유압 시스템 내의 유압유가 역으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제3 체크 밸브(19)는 유압유가 오일 컨테이너(16)로부터 내부 펌프(18)의 출구측으로만 향하게 할 수 있고, 이에 따라 내부 펌프(18)의 역 흡입 동안 공기 흡입을 방지할 수 있다. 예를 들어, 차량이 후진하는 경우에, 내부 펌프(18)가 역회전할 수 있고, 이어서, 내부 펌프(18)의 출구가 오일 컨테이너(16)로부터 제3 체크 밸브(19)를 통해 오일을 흡입할 수 있고, 이에 따라 내부 펌프(18)에 대한 손상을 피할 수 있다. 다시 말하면, 내부 펌프(18)의 공기 흡입을 피하도록 제3 체크 밸브(19)와 내부 펌프(18) 간에 오일 루프를 형성할 수 있다.
제4 체크 밸브(24)는, 윤활유의 역 흐름을 방지하도록 유압유가 내부 펌프(18)로부터 압력 조절 밸브(26)를 향해서만 흐르게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 내부 펌프(18) 내의 오일 압력이 너무 낮으면, 오일을 유압 시스템(50)의 주 오일 라인 L에 공급하는 외부 펌프(20)를 구동하도록 외부 모터(M)를 기동시킬 수 있다. 제2 체크 밸브(22)는, 유압유가 외부 펌프(20)로부터 제1 및 제2 클러치 구동 회로(L1, L2) 내로만 흐르게 할 수 있고, 이에 따라 유압 시스템 내의 오일 압력이 외부 펌프(20)의 동작에 영향을 끼치는 것을 방지할 수 있고 유압 시스템(50) 내의 유압유가 역으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
내부 펌프(18)는, 유압 시스템(50)에 유압유가 부족할 때 유압유를 공급할 수 있고, 내부 펌프(18) 내에 남아 있는 오일은 윤활유로서 사용될 수 있고 또는 오일 컨테이너(16) 내로 흐를 수 있다. 축적기(29)를 제공함으로써, 외부 펌프(20)가 간헐적으로 작동할 수 있고, 릴리프 밸브(21)가 릴리프 기능을 가질 수 있다.
전술한 유압 시스템에서, 압력 조절 밸브(26)는 차량의 윤활 시스템에 윤활유를 공급할 수 있다.
일부 실시예들에서, 유압유는 외부 모터(M)에 의해 구동되는 외부 펌프(20) 및 입력 샤프트(2)에 의해 구동되는 내부 펌프(18)에 의해 제공될 수 있다. 외부 펌프(20)에 의해, 외부 펌프(20)가, 전기 차량이 출발하기 전에 제1 클러치(6)와 체결하도록 제1 클러치(6)에 오일을 공급할 수 있고, 따라서, 제로 회전 속도로 출발하는 것을 실현할 수 있고, 유휴 상태가 없고, 전기 차량의 에너지 소모를 줄일 수 있고, 전력 이용률을 개선할 수 있다.
전술한 바와 같이, 에너지를 저장하기 위한 축적기(29)를 사용할 수 있고, 유압유의 압력을 조절하기 위한 압력 조절 밸브(26)를 사용할 수 있다. 전기 차량이 정지하고 내부 펌프(18)가 작동하지 않는 경우에는, 압력 조절 밸브(26)가 폐쇄된다. 전기 차량이 출발하면, 내부 펌프(18) 내의 유압유의 양이 천천히 증가한다. 유압유가 제1 댐퍼(25A) 및 제2 댐퍼(25B)에 의해 약화(dampen)된 후, 압력 조절 밸브(26) 내에서의 발생가능한 미세한 누출이 보상될 수 있고, 이에 따라 주 오일 라인 L 내의 압력이 짧은 시간에 증가될 수 있다. 전기 차량이 이동 중인 경우에, 주 오일 라인 L 내의 압력이 증가된 후에, 윤활유의 양이 점진적으로 공급된다. 주 오일 라인 L 내의 압력이 소정의 값까지 증가된 후에, 유압유가 내부 펌프(18)의 입구 내로 흐를 수 있고, 이에 따라 제1 필터(17)의 작업량이 감소될 수 있다.
차량이 이동 중인 경우에, 축적기(29)에 과도한 에너지를 저장할 수 있다. 저장된 에너지를 이용하여 기어 시프트(gear shifting) 동작을 수행하여 트랜스미션의 효율을 개선할 수 있다.
본 개시 내용의 실시예들에 따른 전기 차량의 구동 시스템을 이용하는 경우에, 제1 클러치(6)와 제2 클러치(3) 모두가 유압 시스템(50)에 의해 제어되고, 제1 클러치(6)는 차량이 출발하기 전에 체결될 수 있고, 이에 따라 차량이 출발한 후에 구동 모터(1)의 유휴 상태가 없다. 구동 모터(1)가 작동을 위해 기동하는 경우에만, 동력이 트랜스미션(40)에 전달될 수 있고, 이에 따라 제로 회전 속도로 출발하는 것을 실현할 수 있다. 그 결과, 전력 손실을 감소시킬 수 있고 전력의 이용률을 개선할 수 있다. 또한, 내부 펌프(18)에 의해 공급되는 유압유가 충분하지 않으면, 유압유를 보충하도록 외부 펌프(20)를 사용할 수 있고, 이에 따라 전기 차량의 성능을 개선할 수 있다.
따라서, 본 개시 내용의 실시예들에 따른 구동 시스템을 이용하는 경우에, 제로 회전 속도로 출발하는 것을 실현할 수 있다. 페달링(pedaling) 정도와 차량 속도 변화에 따라, 기어가 자동 스위칭될 수 있고, 이는 구동 모터의 토크와 속도 특성들을 적절히 매칭하여 서로 다른 구동 조건들 하에서의 구동 모터의 효율을 효과적으로 개선할 수 있다. 구동 모터의 효율은, 에너지 소모를 감소시키고 전기 차량의 크루즈 범위를 증가시키도록 서로 다른 구동 조건들 하에서 최적화될 수 있다. 예를 들어, 구동 시스템은, 빈번한 가속, 감속, 정지, 및 출발을 필요로 할 수 있는 전기 버스에 특히 적합하다.
본 개시 내용의 실시예들에 따르면, 전술한 바와 같은 구동 시스템(100)을 포함하는 전기 차량을 제공할 수 있다.
본 개시 내용의 실시예들에 따른 구동 시스템의 동작을 도 1을 참조하여 설명한다. 당업자라면, 본 개시 내용의 실시예들에 따른 구동 시스템(100)의 트랜스미션(40)이 2개보다 많은 트랜스미션 유닛을 포함할 수 있다는 점을 인식할 것이다.
먼저, 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 구동 시스템의 파킹 기어를 도 1을 참조하여 설명한다. 전기 차량이 파킹 상태에 있는 경우에, 제1 클러치(6)의 주동 부분이 제1 클러치의 종동 부분으로부터 체결해제되어 있으며, 제2 클러치(3)의 주동 부분은 제2 클러치의 종동 부분으로부터 체결해제되어 있으며, 즉, 이러한 2개의 클러치가 체결해제되어 있으며 구동 모터(1)로부터 출력 샤프트(9)로의 동력 전달이 단절되어 있다.
이어서, 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 구동 시스템의 제1 전방 기어를 도 1을 참조하여 설명한다. 전기 차량이 출발 상태에 있거나 저속 이동 중인 경우에, 시프트 제어 시스템은 시프트 메커니즘을 통해 제2 클러치(3)와 체결해제할 수 있고, 제1 클러치(6)의 주동 부분 및 종동 부분과 체결할 수 있다. 따라서, 제1 전방 기어의 동력 전달 경로는 다음과 같을 수 있다. 즉, 구동 모터(1) --> 입력 샤프트(2) --> 제1 클러치(6) --> 제1 기어(5) --> 제2 기어(7) --> 출력 샤프트(9). 이때, 구동 모터(1)의 회전 속도는 최저일 수 있고, 출력 토크는 최고일 수 있고, 트랜스미션 비는 최고일 수 있고, 휠에 전달되는 동력은 최대일 수 있다. 시프트 제어 시스템과 시프트 메커니즘은 당업자에게 널리 알려져 있으며, 이에 따라 이에 대한 상세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
다음으로, 본 개시 내용의 실시예들에 따른 구동 시스템의 제2 전방 기어를 도 1을 참조하여 설명한다. 전기 차량이 중간 속도로 이동 중인 경우에, 시프트 제어 시스템은 시프트 메커니즘을 통해 제1 클러치(6)와 체결해제할 수 있고, 제2 클러치(3)의 주동 부분 및 종동 부분과 체결할 수 있다. 예를 들어, 제1 전방 기어가 제2 전방 기어로 스위칭되면, 시프트 제어 시스템은 대응하는 센서들을 통해 전기 차량의 현재 구동 상태를 감지할 수 있고, 이에 따라 전기 차량이 시프트할 기어를 판정할 수 있다. 제1 클러치(6)가 체결해제되면, 제2 클러치(3)가 체결되고, 이에 따라 기어 시프트를 달성한다. 제2 전방 기어의 동력 전달 경로는 다음과 같을 수 있다. 즉, 구동 모터(1) --> 입력 샤프트(2) --> 제2 클러치(3) --> 제3 기어(4) --> 제4 기어(8) --> 출력 샤프트(9). 이때, 트랜스미션 비가 높아질수록, 구동 모터(1)의 효율은 낮아진다. 제1 전방 기어와 비교해 볼 때, 제2 전방 기어의 트랜스미션 비는 낮아질 수 있고, 구동 모터(1)의 효율과 에너지 이용률은 높아질 수 있다.
마지막으로, 본 개시 내용의 실시예들에 따른 구동 시스템의 후진 기어를 도 1을 참조하여 설명한다. 전기 차량이 후진하는 경우에, 시프트 제어 시스템은 시프트 메커니즘을 통해 제2 클러치(3)와 체결해제할 수 있고, 제1 클러치(6)의 주동 부분 및 종동 부분과 체결할 수 있다. 물론, 구동 모터(1)가 전기 차량의 후진 동안 역회전할 수도 있다. 후진 기어의 동력 전달 경로는 다음과 같을 수 있다. 즉, 구동 모터(1) --> 입력 샤프트(2) --> 제1 클러치(6) --> 제1 기어(5) --> 제2 기어(7) --> 출력 샤프트(9).
본 개시 내용의 실시예들에 따르면, 전기 차량의 구동 시스템은 적어도 2개의 트랜스미션 유닛을 포함할 수 있고, 이는 다양하고 복잡한 구동 조건들을 충족할 수 있다. 따라서, 에너지를 세이브할 수 있고, 전기 차량의 구동 시스템은 간략화된 구조를 가질 수 있다.
전술한 실시예들에서, 트랜스미션은 2개의 전방 기어와 1개의 후진 기어를 제공할 수 있고, 이는 차량이 출발하거나 등판 중인 경우에 고 출력 토크를 위한 요건을 충족할 뿐만 아니라 차량이 매끄러운 도로에서 이동 중인 경우에 최대 출력 속도를 위한 요건도 충족할 수 있다. 출력 토크는, 차량이 출발하고, 등판하고, 또는 가속할 때, 상당히 높을 필요가 있다. 따라서, 트랜스미션의 기어를 저속 기어, 즉, 제1 전방 기어로 시프트할 수 있다. 저속 기어에서의 트랜스미션 비는 상당히 높기 때문에, 휠에 전달되는 토크가 상당히 크다. 전기 차량이 매끄러운 도로에서 고속으로 이동 중인 경우에, 트랜스미션의 기어를 고속 기어, 즉, 본 실시예에서의 제2 전방 기어로 시프트할 수 있다. 이때, 트랜스미션의 트랜스미션 비는 상당히 낮아서 휠에 전달되는 토크가 작지만, 휠의 회전 속도는 최대로 증가될 수 있다. 한편, 기어 시프트는 시프트 제어 시스템에 의해 적절히 제어될 수 있고, 구동 모터의 토크와 속도 특성들은 이상적으로 매칭될 수 있고, 서로 다른 구동 조건들 하에서의 구동 모터의 효율이 최적화될 수 있고, 따라서, 에너지를 세이브할 수 있고 전기 차량의 크루즈 범위를 증가시킬 수 있다.
본 개시 내용의 실시예들에 따르면, 트랜스미션의 2개의 전방 기어는 서로 독립적일 수 있으며, 기어 시프트는, 각 클러치의 주동 부분 및 종동 부분의 체결 또는 체결해제를 제어함으로써 실현될 수 있다. 또한, 기어 시프트는, 기어 시프트 동안 동력 차단을 피하도록 시프트 제어 시스템을 통해 적정하게 제어될 수 있다. 따라서, 기어 시프트 동안 차량의 감속이 인지되지 않을 수 있다. 종래의 자동 트랜스미션과 비교해 볼 때, 본 개시 내용의 실시예들에 따른 구동 시스템의 트랜스미션의 구조는 간략화되어 있다.
일부 실시예들에서, 차량이 출발하기 전에, 구동 시스템의 외부 펌프는, 차량을 제1 전방 기어로 시프트하도록 제1 클러치를 구동할 수 있고, 이어서, 제로 회전 속도로 전기 차량의 출발을 달성하도록 구동 모터의 출발을 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들을 도시하고 설명하였지만, 당업자라면, 본 개시 내용의 사상과 원리로부터 벗어나지 않고서 실시예들에 변경, 대체, 및 수정을 행할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 이러한 변경, 대체, 및 수정 모두는 청구범위 및 그 균등물 내에 속한다.

Claims (15)

  1. 전기 차량을 위한 구동 시스템으로서,
    구동 모터;
    트랜스미션; 및
    유압 시스템을 포함하고,
    상기 트랜스미션은,
    상기 구동 모터에 연결된 입력 샤프트;
    출력 샤프트;
    상기 입력 샤프트와 상기 출력 샤프트 간에 동력을 전달하도록, 상기 입력 샤프트와 상기 출력 샤프트에 연결되고, 제1 트랜스미션 비를 갖는 제1 트랜스미션 유닛;
    상기 입력 샤프트와 상기 제1 트랜스미션 유닛 간의 동력 전달을 연결 및 연결해제하도록, 상기 입력 샤프트 상에 배치되고 상기 제1 트랜스미션 유닛에 연결된 제1 클러치;
    상기 입력 샤프트와 상기 출력 샤프트 간에 동력을 전달하도록, 상기 입력 샤프트와 상기 출력 샤프트 간에 연결되고, 상기 제1 트랜스미션 비보다 작은 제2 트랜스미션 비를 갖는 제2 트랜스미션 유닛; 및
    상기 입력 샤프트와 상기 제2 트랜스미션 유닛 간의 동력 전달을 연결 및 연결해제하도록, 상기 입력 샤프트 상에 배치되고 상기 제2 트랜스미션 유닛에 연결된 제2 클러치를 포함하고,
    상기 유압 시스템은, 상기 제1 클러치와 체결하고 체결해제하도록 상기 제1 클러치에 연결되고, 상기 제2 클러치와 체결하고 체결해제하도록 상기 제2 클러치에 연결되고,
    상기 유압 시스템은,
    오일 컨테이너;
    상기 제1 클러치의 주동 부분에 연결된 피스톤을 갖는 제1 구동 유압 실린더, 및 상기 제1 구동 유압 실린더와 상기 오일 컨테이너에 각각 연결된 제1 비례 제어 밸브(proportional valve)를 포함하는 제1 클러치 구동 회로;
    상기 제2 클러치의 주동 부분에 연결된 피스톤을 갖는 제2 구동 유압 실린더, 및 상기 제2 구동 유압 실린더와 상기 오일 컨테이너에 각각 연결된 제2 비례 제어 밸브를 포함하고, 상기 제1 클러치 구동 회로에 병렬 연결된 제2 클러치 구동 회로;
    상기 오일 컨테이너와 연통되는 입구, 및 상기 제1 및 제2 비례 제어 밸브와 각각 연통되는 출구를 갖고, 상기 출력 샤프트에 의해 구동되는 내부 펌프;
    상기 내부 펌프의 출구에 직렬 연결된 제1 체크 밸브;
    상기 오일 컨테이너와 연통되는 입구, 및 상기 제1 및 제2 비례 제어 밸브와 각각 연통되는 출구를 갖고, 외부 펌프 모터에 의해 구동되는 외부 펌프;
    상기 외부 펌프의 출구에 직렬 연결된 제2 체크 밸브; 및
    상기 외부 펌프에 병렬 연결된 제3 체크 밸브를 포함하고,
    직렬 연결된 상기 제1 체크 밸브와 상기 내부 펌프, 및 직렬 연결된 상기 제2 체크 밸브와 상기 외부 펌프는, 상기 제1 클러치 구동 회로와 상기 오일 컨테이너 사이에서 그리고 상기 제2 클러치 구동 회로와 상기 오일 컨테이너 사이에서 병렬 연결되는, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 트랜스미션 유닛은, 상기 입력 샤프트 상에 배치된 제1 기어, 및 상기 출력 샤프트 상에 배치되고 상기 제1 기어와 체결되는 제2 기어를 포함하고,
    상기 제1 기어는 상기 입력 샤프트 위로 회전가능하게 끼워지고, 상기 제2 기어는 상기 출력 샤프트에 고정되고,
    상기 제1 클러치의 주동 부분(driving part)은 상기 입력 샤프트에 고정되고, 상기 제1 클러치의 종동 부분(driven part)은 상기 제1 기어에 연결되는, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 트랜스미션 유닛은, 상기 입력 샤프트 상에 배치된 제3 기어, 및 상기 출력 샤프트 상에 배치되고 상기 제3 기어와 체결되는 제4 기어를 포함하고,
    상기 제3 기어는 상기 입력 샤프트 위로 회전가능하게 끼워지고, 상기 제4 기어는 상기 출력 샤프트에 고정되고,
    상기 제2 클러치의 주동 부분은 상기 입력 샤프트에 고정되고, 상기 제2 클러치의 종동 부분은 상기 제3 기어에 연결되는, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 유압 시스템은, 상기 내부 펌프와 상기 외부 펌프의 입구들과 상기 오일 컨테이너 사이에 연결된 제1 필터; 및 상기 제1 및 제2 체크 밸브와 상기 제1 및 제2 비례 제어 밸브 사이에 연결된 제2 필터를 더 포함하는, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유압 시스템은, 직렬 연결된 상기 제1 체크 밸브와 상기 내부 펌프에 그리고 직렬 연결된 상기 제2 체크 밸브와 상기 외부 펌프에 병렬 연결된 릴리프 밸브(relief valve)를 더 포함하는, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유압 시스템은, 상기 제1 및 제2 체크 밸브와 상기 제1 및 제2 비례 제어 밸브 사이에 연결된 축적기를 더 포함하는, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 클러치 구동 회로는, 상기 제1 비례 제어 밸브와 상기 제1 구동 유압 실린더 사이에 연결된 제1 버퍼를 더 포함하고,
    상기 제2 클러치 구동 회로는, 상기 제2 비례 제어 밸브와 상기 제2 구동 유압 실린더 사이에 연결된 제2 버퍼를 더 포함하는, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유압 시스템은, 상기 구동 시스템에 윤활유를 제공하도록 상기 내부 펌프에 병렬 연결된 압력 조절 밸브; 및 상기 압력 조절 밸브와 상기 내부 펌프의 출구 사이에 연결된 제4 체크 밸브를 더 포함하는, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  10. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기어는 원통형 기어로서 구성된, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 비례 제어 밸브는 2위치 3방향 솔레노이드 밸브(two-position three-way solenoid valve)인, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  12. 제7항에 있어서, 상기 유압 시스템은, 상기 유압 시스템의 주 오일 라인(main oil line)의 오일 압력을 검출하기 위한 주 오일 압력 센서를 더 포함하는, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 유압 시스템은, 상기 제1 클러치 구동 회로의 오일 압력을 검출하도록 상기 제1 버퍼와 상기 제1 비례 제어 밸브 사이에 배치된 제1 오일 압력 센서; 및 상기 제2 클러치 구동 회로의 오일 압력을 검출하도록 상기 제2 버퍼와 상기 제2 비례 제어 밸브 사이에 배치된 제2 오일 압력 센서를 더 포함하는, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 유압 시스템은,
    상기 압력 조절 밸브에 직렬 연결된 제1 댐퍼; 상기 제4 체크 밸브와 상기 압력 조절 밸브 사이에 연결된 윤활유 라인; 및 상기 윤활유 라인 내에 배치된 제2 댐퍼를 더 포함하는, 전기 차량을 위한 구동 시스템.
  15. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 구동 시스템을 포함하는, 전기 차량.
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