KR101573633B1 - 하이브리드의 변속기 구조 및 모드 변환 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드의 변속기 구조 및 모드 변환 방법에 관한 것으로서, 특히 엔진 입력축(10)의 동축에 배치되며, 유성기어부(100)의 선기어(110)에 결합되는 제너레이터(200)와; 상기 선기어(110) 또는 상기 제너레이터(200)에 결합되는 브레이크(300)와; 상기 엔진 입력축(10)의 회전을 선택적으로 제한하는 회전제한부(400)와; 상기 엔진 입력축(10)의 동축에 배치되는 모터(201)와 연결되어 동력을 전달하는 제1카운터샤프트(20)와; 상기 유성기어부(100)에 구비되는 링기어와 연결되어 동력을 전달하는 제2카운터샤프트(30)와; 상기 제1카운터샤프트(20) 및 상기 제2카운터샤프트(30)와 연결되어 휠에 동력을 전달하는 아웃풋샤프트(40)로 구성되어, 하이브리드 변속기의 power split모드에서 parallel모드로 전환 시 브레이크(300)와, 엔진과, 제너레이터(200)와, 모터(201)를 적절히 제어하여 동력이 단절되거나 쇼크가 발생하게 되는 현상을 방지함으로써 연비 효율성 및 상품성을 향상시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.
Description
본 발명은 하이브리드의 변속기 구조 및 모드 변환 방법에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 변속기의 power split모드에서 parallel모드로 전환 시 동력이 단절되거나 쇼크가 발생하게 되는 현상을 방지하기 위한 하이브리드의 변속기 구조 및 모드 변환 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 자동차는 전기의 동력과 내연기관의 동력원을 조합하여 구동하는 자동차로서 가솔린 엔진과 전기 모터로 시스템의 효율이 높은 지점에서 동작되도록 제어하여 효율이 우수하면서 배기가스를 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 하이브리드 자동차는 전기 자동차와 같이 별도의 충전 시설 구축이 불필요하며 연비향상과 기존의 가솔린 차량과 동등한 주행거리를 확보할 수 있어 미래형 친환경 자동차의 주류를 이룰 것으로 기대된다.
이때, 하이브리드 자동차의 동력분기방식은 유성기어와 같이 동력 흐름을 분기하는 동력분기장치를 사용하여 엔진의 동력을 직접 출력축으로 전달하는 기계적 흐름과 엔진의 동력을 이용하여 제너레이터를 발전하고, 발전된 동력을 이용하여 배터리를 충전하거나 충전된 배터리의 에너지로 모터를 구동하는 전기적 흐름으로 구성된다.
이러한, 동력분기방식 하이브리드 시스템은 엔진이 출력축과 독립적으로 작동이 가능하고 주행 중 엔진을 자유롭게 온/오프할 수 있으며 전기차 모드 구현이 가능하다.
그러나, 종래에는 하이브리드 변속기의 모드 전환 시 동력이 단절되거나 쇼크가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
특허 1 : 대한민국 공개특허 10-2014-0080638
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 하이브리드의 변속기 구조 및 모드 변환 방법에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 변속기의 power split모드에서 parallel모드로 전환 시 동력이 단절되거나 쇼크가 발생하게 되는 현상을 방지하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 엔진 입력축의 동축에 배치되며, 유성기어부의 선기어에 결합되는 제너레이터와; 상기 선기어 또는 상기 제너레이터에 결합되는 브레이크와; 상기 엔진 입력축의 회전을 선택적으로 제한하는 회전제한부와; 상기 엔진 입력축의 동축에 배치되는 모터와 연결되어 동력을 전달하는 제1카운터샤프트와; 상기 유성기어부에 구비되는 링기어와 연결되어 동력을 전달하는 제2카운터샤프트와; 상기 제1카운터샤프트 및 상기 제2카운터샤프트와 연결되어 휠에 동력을 전달하는 아웃풋샤프트;를 포함함으로써 달성된다.
상기 회전제한부는 원웨이클러치, 투웨이클러치, 또 다른 브레이크 중 하나가 적용되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1카운터샤프트와, 상기 제2카운터샤프트와, 상기 아웃풋샤프트는 외접기어를 통해 연결되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 하이브리드 변속기에 있어서, power split모드에서 parallel모드로 전환되는 것을 판단하는 제1단계와; 상기 parallel모드로 전환 중 엔진 입력축의 동축에 배치되는 모터의 구동력이 충분한지 판단하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 상기 모터의 구동력이 충분한 경우 엔진토크를 '0'으로 만들어 엔진 속도를 제어하는 제3단계와; 상기 제2단계에서 상기 모터의 구동력이 불충분한 경우 상기 엔진 입력축의 동축에 배치되는 제너레이터로 엔진 속도를 제어하는 제4단계;를 포함함으로써 달성된다.
상기 제2단계에서 상기 모터의 구동력이 불충분한 경우 상기 제4단계에서 상기 제너레이터를 통해 엔진 속도를 제어하기 전에 상기 제너레이터에서 엔진 속도 제어 가능 여부를 판단하는 제4-1단계를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제4-1단계에서 상기 제너레이터를 통해 엔진 속도 제어가 가능한 경우 상기 제4단계로 이동하게 되고, 엔진 속도 제어가 불가능한 경우 엔진 토크를 감소시키고 상기 모터의 토크를 증가시키는 제4-2단계로 이동시키도록 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 하이브리드 변속기의 power split모드에서 parallel모드로 전환 시 브레이크와, 엔진과, 제너레이터와, 모터를 적절히 제어하여 동력이 단절되거나 쇼크가 발생하게 되는 현상을 방지함으로써 연비 효율성 및 상품성을 향상시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조를 도시하는 구조도,
도 2는 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조에서 EV모드를 도시하는 구조도,
도 3은 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조에서 power split 모드를 도시하는 구조도,
도 4는 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조에서 엔진 직결 모드를 도시하는 구조도,
도 5는 본 발명의 하이브리드의 변속기 모드 변환 방법을 도시하는 흐름도,
도 6은 본 발명의 하이브리드의 변속기 모드 변환 방법에서 엔진토크를 0으로 만든 후 속도제어를 도시하는 그래프,
도 7은 본 발명의 하이브리드의 변속기 모드 변환 방법에서 모터에 의한 속도제어를 도시하는 그래프,
도 2는 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조에서 EV모드를 도시하는 구조도,
도 3은 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조에서 power split 모드를 도시하는 구조도,
도 4는 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조에서 엔진 직결 모드를 도시하는 구조도,
도 5는 본 발명의 하이브리드의 변속기 모드 변환 방법을 도시하는 흐름도,
도 6은 본 발명의 하이브리드의 변속기 모드 변환 방법에서 엔진토크를 0으로 만든 후 속도제어를 도시하는 그래프,
도 7은 본 발명의 하이브리드의 변속기 모드 변환 방법에서 모터에 의한 속도제어를 도시하는 그래프,
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 하이브리드의 변속기 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 유성기어부(100)의 선기어(110)에 결합되는 제너레이터(200)와, 선기어(110) 또는 제너레이터(200)에 결합되는 브레이크(300)와, 입력축(10)의 회전을 제한하는 회전제한부(400)와, 모터(201)와 연결되는 제1카운터샤프트(20)와, 링기어와 연결되는 제2카운터샤프트(30)와, 제1카운터샤프트(20) 및 제2카운터샤프트(30)와 연결되는 아웃풋샤프트(40)를 포함한다.
우선 본 발명은 하이브리드 변속기의 power split모드에서 parallel모드 전환이 가능하게 하기 위한 것으로, 엔진 입력축(10)의 동축에 제너레이터(200)와, 모터(201)와, 유성기어부(100)가 배치되는 것을 기본으로 한다. 이때, 유성기어부(100)는 링기어와, 캐리어(130)와, 선기어(110)로 이루어진다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제너레이터(200)는 엔진 입력축(10)의 동축에 배치되어 유성기어부(100)의 선기어(110)와 결합되어 변속비를 제어한다.
브레이크(300)는 유성기어부(100)의 선기어(110) 또는 제너레이터(200)에 결합되어 브레이크 작동을 수행할 수 있게 하는데, 이때 브레이크(300)는 오버드라이브 브레이크(Over Drive Brake)인 것을 특징으로 한다.
회전제한부(400)는 엔진 입력축(10)의 회전을 선택적으로 제한한다.
한편, 회전제한부(400)는 원웨이클러치(OWC), 투웨이클러치(TWC), 상기 브레이크(300) 외에 또 다른 브레이크 중 하나가 적용되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 동력을 전달하는 복수의 카운터샤프트와 하나의 아웃풋샤프트(40)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
제1카운터샤프트(20)는 엔진 입력축(10)의 동축에 배치되는 모터(201)와 연결되어 모터(201)의 동력을 전달한다.
제2카운터샤프트(30)는 유성기어부(100)에 구비되는 링기어와 연결되어 동력을 전달한다.
아웃풋샤프트(40)는 제1카운터샤프트(20) 및 제2카운터샤프트(30)와 연결되어 휠에 동력을 전달하도록 한다.
이때, 제1카운터샤프트(20)와, 제2카운터샤프트(30)와, 아웃풋샤프트(40)는 외접기어를 통해 연결되어 동력 전달이 용이하게 하는 것이 바람직하다.
이처럼, 본 발명은 입력분기 및 병렬구동이 가능한 구조로 제너레이터(200)와, 모터(201)와, 복수의 브레이크를 입력축(10)에 배치하여 브레이크에 따라 아래의 표와 같이 상호 다른 모드를 구현한다.(도 2 내지 도 4 참조)
모드 | OWC, TWC, Brake | ODB | 설명 |
EV (도 2) | O | EV 모드 구현(모터 구동) | |
HEV1 (도 3) | 입력분기식 시스템 구동 | ||
HEV2 (도 4) | O | 고속 고정단 기어 구현(OD) |
한편, 본 발명의 하이브리드의 변속기 모드 변환 방법은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 하이브리드 변속기의 power split모드에서 parallel모드 전환을 판단하는 제1단계(S10)와, 모터(201)의 구동력을 판단하는 제2단계(S20)와, 엔진 속도를 제어하는 제3단계(S30) 및 제4단계(S40)를 포함한다. 이때 하이브리브의 변속기 구조와 관련된 구성은 도 1 내지 도 4를 참조하도록 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1단계(S10)는 power split모드에서 parallel모드로 전환되는 것을 판단한다.
제2단계(S20)는 제1단계(S10)에서 하이브리드 변속기 모드가 parallel모드로 전환 중 엔진 입력축(10)의 동축에 배치되는 모터(201)의 구동력이 충분한지 판단하여 구동력이 충분한 경우 제3단계(S30)로 이동하게 하며, 불충분한 경우 제4단계(S40)로 이동할 수 있게 한다.
제3단계(S30)는 제2단계(S20)에서 모터(201)의 구동력이 충분한 경우 엔진토크를 '0'으로 만들어 엔진 속도를 제어한다.
제4단계(S40)는 제2단계(S20)에서 모터(201)의 구동력이 불충분한 경우 엔진 입력축(10)의 동축에 배치되는 제너레이터(200)로 엔진 속도를 제어한다.
이때, 제2단계(S20)에서 모터(201)의 구동력이 불충분한 경우 제4단계(S40)가 제너레이터(200)를 통해 엔진 속도를 제어하기 전에 제너레이터(200)에서 엔진 속도 제어 가능 여부를 판단하는 제4-1단계(S41)를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 제4-1단계(S41)에서 상기 제너레이터(200)를 통해 엔진 속도 제어가 가능한 경우 제4단계(S40)로 이동하게 되고, 엔진 속도 제어가 불가능한 경우 엔진 토크를 감소시키고 모터(201)의 토크를 증가시키는 제4-2단계(S42)로 이동시키도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명은 우선 차량이 Power Split모드에서 Parallel모드로 모드전환이 이루어졌는지를 판단하고, 운전자의 요구파워와 차속 등을 이용하여, 주행 모드별 효율을 제어기가 계산하고 비교한다.
그 후, 모터(201)의 가용 구동력이 충분한지 판단하여 모터(201)의 가용 구동력이 운전자의 요구파워보다 크면 엔진토크를 0으로 만들어 엔진 속도제어가 가능하게 한다.
이때, 도 6에 도시된 바와 같이 Parallel 모드가 판단되면, 엔진에서 담당하고 있던 토크를 모터(201)가 발생시키도록 토크 블랜딩을 실시하여 엔진토크가 0이 되어도 차량 구동력을 일정하게 만든다. 엔진의 공기량을 감소시켜 엔진 프릭션과 동일한 크기의 엔진토크만을 발생시키도록 하여 엔진토크가 0이 되도록 한다. 이 후 제너레이터(200)에 마이너스 토크를 발생시켜 엔진을 속도 제어한다. 이렇게 하면 엔진의 토크가 0이기 때문에 구동축에 엔진 속도 제어로 인한 동력이 전달되지 않아 속도제어를 원활하게 할 수 있다.
한편, 엔진토크를 0으로 만들 때 퓨얼컷(Fuel Cut)을 실시할 수도 있는데 이러한 경우 엔진에 엔진 프릭션 토크가 작용하고, 제너레이터(200)에 마이너스 토크를 주지 않아도 엔진속도는 감소한다. 하지만 제너레이터(200)의 속도가 0이 되면 브레이크(300)를 작동시켜야 하는데 이 경우 엔진에 프릭션 토크가 작용하고 있기 때문에 구동력으로 프릭션 토크에 해당하는 쇼크가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 제너레이터(200)에서 추가적인 반력 제어가 필요하다. 또한 제너레이터(200)의 속도가 0부근에서 브레이크(300)를 작동시키면 엔진의 회전관성에 의해서 차량에 쇼크가 발생하게 되는데 이 경우 제너레이터(200)를 제어하여 0속도로 부드럽게 다가갈 수 있게 하고, 여기서 발생하는 토크는 모터(201)에서 반력 제어를 실시하도록 한다.
이처럼, 모터(201)의 가용 구동력이 충분하다면 상술한 두 가지 방법 중 한 가지를 선택할 수도 있고, 둘을 적절히 섞어서 사용할 수도 있다.
그러나, 모터(201)의 가용 구동력이 충분하지 않다면 제너레이터(200)로 엔진 속도제어가 가능한지 판단한다.
이때, 제너레이터(200)로 속도 제어를 하려면 엔진의 반력토크와 엔진을 속도제어하기 위한 토크가 필요한데, 엔진의 토크가 큰 상황이어서 제너레이터(200) 엔진 반력토크가 크다면, 속도제어를 위한 제너레이터(200) 가용 토크는 상대적으로 작게 되므로, 작은 토크로 속도제어를 하면 속도제어에 시간이 오래 걸린다. 따라서 제너레이터(200)로 속도 제어를 하기에 제너레이터(200)의 가용토크가 넉넉한지 판단해야 한다.
도 7에 도시된 바와 같이 제너레이터(200)로 속도제어가 가능하다면 엔진 토크를 그대로 유지하고, 제너레이터(200)로 엔진속도제어를 실시한다. 제너레이터(200)가 엔진속도를 다운 시킬 때 발생하는 토크는 구동축에 영향을 주므로 모터(201)에서 해당 토크만큼 반력제어를 실시한다. 이 경우 엔진을 높은 토크로 유지 할 수 있어 엔진 효율이 상승하고, 인젝션의 변화에 따른 배기가스 발생도 방지된다.
이때, 제너레이터(200)로 속도제어가 불가능하면 제너레이터(200)에서 속도제어가 가능한 정도로 엔진토크를 감소시킨다.(엔진토크가 감소하면 제너레이터(200)의 엔진 반력토크가 감소하므로, 속도제어를 하는 가용토크가 늘어나게 된다.) 또한 구동력을 동일하게 하기 위해 감소된 엔진토크만큼 모터(201)에서 토크를 발생시킨다. 이 후 제너레이터(200)로 엔진 속도제어를 실시하고, 제너레이터(200)가 엔진속도를 다운시킬 때 발생하는 토크는 구동축에 영향을 주므로 모터(201)에서 해당 토크만큼 반력제어를 실시한다.
그 결과, 본 발명은 하이브리드 변속기의 power split모드에 parallel모드로 전환 시 브레이크(300)와, 엔진과, 제너레이터(200)와, 모터(201)를 적절히 제어하여 동력이 단절되거나 쇼크가 발생하게 되는 현상을 방지함으로써 연비 효율성 및 상품성을 향상시킬 수 있게 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 입력축 20 : 제1카운터샤프트
30 : 제2카운터샤프트 40 : 아웃풋샤프트
100 : 유성기어부 110 : 선기어
120 : 링기어 200 : 제너레이터
201 : 모터 300 : 브레이크
400 : 회전제한부
S10 : 제1단계 S20 : 제2단계
S30 : 제3단계 S40 : 제4단계
S41 : 제4-1단계 S42 : 제4-2단계
30 : 제2카운터샤프트 40 : 아웃풋샤프트
100 : 유성기어부 110 : 선기어
120 : 링기어 200 : 제너레이터
201 : 모터 300 : 브레이크
400 : 회전제한부
S10 : 제1단계 S20 : 제2단계
S30 : 제3단계 S40 : 제4단계
S41 : 제4-1단계 S42 : 제4-2단계
Claims (6)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 하이브리드 변속기에 있어서,
power split모드에서 parallel모드로 전환되는 것을 판단하는 제1단계와;
상기 parallel모드로 전환 중 엔진 입력축의 동축에 배치되는 모터의 구동력이 충분한지 판단하는 제2단계와;
상기 제2단계에서 상기 모터의 구동력이 충분한 경우 엔진토크를 '0'으로 만들어 엔진 속도를 제어하는 제3단계와;
상기 제2단계에서 상기 모터의 구동력이 불충분한 경우 상기 엔진 입력축의 동축에 배치되는 제너레이터로 엔진 속도를 제어하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 모드 변환 방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 제2단계에서 상기 모터의 구동력이 불충분한 경우 상기 제4단계에서 상기 제너레이터를 통해 엔진 속도를 제어하기 전에 상기 제너레이터에서 엔진 속도 제어 가능 여부를 판단하는 제4-1단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 모드 변환 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 제4-1단계에서 상기 제너레이터를 통해 엔진 속도 제어가 가능한 경우 상기 제4단계로 이동하게 되고, 엔진 속도 제어가 불가능한 경우 엔진 토크를 감소시키고 상기 모터의 토크를 증가시키는 제4-2단계로 이동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 모드 변환 방법.
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