KR101744837B1 - 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치 - Google Patents

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KR101744837B1
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최금림
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현대자동차 주식회사
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    • F16H61/684—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings without interruption of drive
    • F16H61/688—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings without interruption of drive with two inputs, e.g. selection of one of two torque-flow paths by clutches
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    • B60K6/00—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
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    • B60K6/42—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 the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
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    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
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Abstract

하이브리드 전기자동차의 동력전달장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치는 엔진; 상기 엔진과 동일 축선상의 반대측에 배치되는 모터/제너레이터; 상기 엔진의 출력측과 직접 연결되는 제1 입력축과, 상기 모터/제너레이터의 출력측과 직접 연결된 상태에서 상기 제1 입력축과 동일 축선상에 이격 배치되어 단부가 상기 제1 입력축과 선택적으로 연결되는 제2 입력축과, 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축과 선택적으로 연결되어 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제1 중간축; 중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 입력축과 선택적으로 연결되어 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제2 중간축으로 구성되는 입력수단; 및 상기 입력수단의 회전동력을 변속하여 출력하는 변속출력수단을 포함한다.

Description

하이브리드 전기자동차의 동력전달장치{POWER TRANSMISSION SYSTEM OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동화 수동 변속기(ATM) 구조에 모터/제너레이터를 추가하여 부드러운 발진 및 빠른 변속을 구현할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치에 관한 것이다.
차량에 있어서의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심 기술로서, 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 전기자동차(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 전기자동차에 주목하고 있으며, 이를 실용화하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.
하이브리드 전기자동차는 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 전기자동차는 저속에서 상대적으로 저속토크 특성이 좋은 모터/제너레이터를 주동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크 특성이 좋은 엔진을 주동력원으로 사용한다.
이에 따라 하이브리드 전기자동차는 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 하이브리드 전기자동차에 적용될 수 있는 변속기로서는 더블 클러치 변속기(Double Clutch Transmission; 이하, DCT라고 칭함)를 하나의 예로 들 수 있으며, 상기 DCT는 수동 변속기 구조에 2개의 클러치를 적용하여 효율을 높이고, 편의성을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 DCT는 클러치 2개를 적용하여 홀수단 및 짝수단을 번갈아 작동시키면서 변속이 이루어지는 변속기로서, 상기와 같이 홀수단 및 짝수단의 변속을 번갈아 작동시키는 매커니즘은 기존 MT(수동변속기) 및 AMT(자동화 수동 변속기)가 가지고 있는 변속 시, 토크 단절감을 개선할 수 있다.
그러나 상기 DCT는 발진 시, 클러치 슬립에 의한 클러치 소손 및 에너지 손실이 크고, 등판 발진 시, 클러치 슬립에 의한 후방 밀림이 과도하게 발생하여 안전상의 문제가 있으며, 클러치 열용량의 문제로 변속시간을 짧게 제어해야 하므로 자동 변속기에 비하여 변속 충격이 크다는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 상기 DCT는 하이브리드 전기자동차에 적용하기 위하여 전기 동력원인 모터/제너레이터를 효과적으로 배치하여야 하는 과제가 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 자동화 수동 변속기 구조에 모터/제너레이터를 추가하여 부드러운 발진 및 빠른 변속을 구현하여 하이브리드 전기자동차에 적용할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진; 상기 엔진과 동일 축선상의 반대측에 배치되는 모터/제너레이터; 상기 엔진의 출력측과 직접 연결되는 제1 입력축과, 상기 모터/제너레이터의 출력측과 직접 연결된 상태에서 상기 제1 입력축과 동일 축선상에 이격 배치되어 단부가 상기 제1 입력축과 선택적으로 연결되는 제2 입력축과, 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축과 선택적으로 연결되어 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제1 중간축; 중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 입력축과 선택적으로 연결되어 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제2 중간축으로 구성되는 입력수단; 및 상기 입력수단의 회전동력을 변속하여 출력하는 변속출력수단을 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 모터/제너레이터는 상기 제2 입력축과 연결되는 로터와, 상기 로터의 외주 측에 배치되어 변속기 하우징에 고정되는 스테이터로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 입력축과 제2 입력축은 하이브리드용 클러치에 의하여 선택적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 중간축 상에 배치되는 하나 이상의 입력기어는 제6속 및 제8속의 입력기어로 작동하는 제1 입력기어, 제2속 및 제4속의 입력기어로 작동하는 제2 입력기어가 엔진 측에서 모터/제너레이터 측으로 순차적 배치되고, 상기 제2 중간축 상에 배치되는 하나 이상의 입력기어는 제1속 및 제3속의 입력기어로 작동하는 제3 입력기어, 제5속 및 제7속의 입력기어로 작동하는 제4 입력기어가 모터/제너레이터 측에서 엔진 측으로 순차적 배치될 수 있다.
또한, 상기 변속출력수단은 상기 제1, 제2 중간축에 평행하게 배치된 제1, 제2 출력축을 포함하고, 상기 제1,2 중간축 상의 입력기어들에 치합된 상태로, 상기 제1, 제2 출력축 상에 배치되어 각 동기유닛에 의해 상기 제1 출력축 또는 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 복수개의 변속기어들로 구성될 수 있다.
또한, 상기 변속출력수단은 상기 제1, 제2 중간축과 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 배치되는 제1, 제2 싱크로나이저의 선택적인 작동에 의하여 4개의 변속기어가 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되어 상기 회전동력을 4개의 변속비로 출력하는 제1 변속출력기구; 상기 제1, 제2 중간축과 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 배치되는 제3, 제4 싱크로나이저의 선택적인 작동에 의하여 4개의 변속기어가 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되어 상기 회전동력을 4개의 변속비로 출력하는 제2 변속출력기구; 및 상기 제2 입력축과 상기 제1, 제2 변속출력기구의 변속기어 중, 하나의 변속기어와 선택적으로 연결되어 상기 제2 입력축의 회전동력이 제1 중간축으로 전달되도록 하는 엔진 시동용 클러치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 싱크로나이저는 상기 제3 입력기어와 치합되는 제1속 변속기어와, 상기 제4 입력기어와 치합되는 제5속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결할 수 있다.
또한, 상기 제2 싱크로나이저는 상기 제2 입력기어와 치합되는 제2속 변속기어와, 상기 제1 입력기어와 치합되는 제6속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결할 수 있다.
또한, 상기 제3 싱크로나이저는 상기 제3 입력기어와 치합되는 제3속 변속기어와, 상기 제4 입력기어와 치합되는 제7속 변속기어를 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결할 수 있다.
또한, 상기 제4 싱크로나이저는 상기 제2 입력기어와 치합되는 제4속 변속기어와, 상기 제1 입력기어와 치합되는 제8속 변속기어를 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결할 수 있다.
또한, 상기 엔진 시동용 클러치는 중공축으로 이루어져 상기 제4속 변속기어의 일측방의 제2 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 입력축에 구성되는 시동용 구동기어와 치합되는 시동용 피동기어가 일체로 형성되는 제3 중간축을 상기 제4속 변속기어와 선택적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 EV 모드에서 모터/제너레이터의 회전동력으로 다단의 변속단을 구현하고, HEV 모드에서 엔진의 회전동력으로 짝수 변속단을 구현하고, 모터/제너레이터의 회전동력을 홀수단의 변속단을 구현할 수 있도록 하여 연비를 개선할 수 있다.
또한, 주행 중 엔진 시동시 모터/제너레이터의 회전동력이 엔진 시동용 클러치를 통해 엔진으로 전달되면서 엔진 시동이 이루어질 때 발생되는 충격이 제2 클러치의 슬립에 의하여 흡수될 수 있으므로 주행 중 엔진 시동에 따른 충격 발생을 최소화할 수 있다.
또한, EV(전기 자동차)용 기어단을 별도로 구성하여 엔진 기어단의 변속 시에 모터/제너레이터 토크의 단절이 발생하지 않도록 하며, 회생 제동 시에는 제동감이 우수하고, 변속 시 토크 어시스트가 용이하여 변속감이 향상되는 효과가 있다.
또한, 모터/제너레이터와 하이브리드용 클러치 및 엔진 시동용 클러치의 작동에 의하여 기존의 DCT와 동일한 다단 변속을 완벽하게 구현할 수 있으며, EV, HEV, 회생제동 모드의 주행이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 동력전달계통도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 EV 모드지 동력전달계도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 주행 중 엔진 시동시의 동력전달계도이다.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 HEV 모드에서 홀수단 변속시의 동력전달계통도이다.
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 HEV 모드에서 짝수단 변속시의 동력전달계통도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 차량용 동력전달장치의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치는 동력원인 엔진과 모터/제너레이터, 입력수단, 변속출력수단, 하이브리드용 클러치, 엔진 시동용 클러치를 포함하여 이루어진다.
상기에서 동력원인 엔진(ENG)은 가솔린, 디젤, 액화가스 등과 같은 화석 연료를 사용하여 공지된 각종 엔진이 이용될 수 있다.
상기에서 다른 하나의 동력원인 모터/제너레이터는 모터와 제너레이터의 기능을 동시에 수행하는 것으로, 상기 모터/제너레이터(MG)는 회전체인 로터(RT)와, 상기 로터(RT)의 반경방향 외측에서 변속기 하우징(H)에 고정되는 스테이터(ST)를 포함한다.
상기 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)는 동일 축선상에서 상호 반대측에 위치한다.
상기 입력수단은 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)과 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 입력축(IS)은 실축으로 이루어져 전단부가 상기 엔진(ENG)에 직접 연결되고, 상기 제2 입력축(IS2)은 실축으로 이루어져 후단부가 상기 모터/제너레이터(MG)의 로터(RT)와 직접 연결되어 상기 제1 입력축(IS1)과 동일 축선상으로 배치되며, 상기 제1 입력축(IS1)과의 사이에 배치되는 하이브리드용 클러치(HCL)에 의하여 선택적으로 연결된다.
상기 제1 중간축(CS1)은 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축(IS1)의 외주에 회전 간섭 없이 배치되어 전단부가 상기 제1 입력축(IS1)에 선택적으로 연결되고, 상기 제2 중간축(CS2)은 중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축(IS2)의 외주에 회전 간섭 없이 배치되어 후단부가 상기 제2 입력축(IS2)에 선택적으로 연결된다.
상기 제1 중간축(CS1)의 외주 측에는 전측에서 후측으로 제1, 제2 입력기어(G1)(G2)가 상호 소정의 간격을 두고 배치되고, 상기 제2 중간축(CS2)의 외주 측에는 후측에서 전측으로 제3, 제4 입력기어(G3)(G4)가 상호 소정의 간격을 두고 배치된다.
상기에서 제1, 제2, 제3, 제4 입력기어(G1)(G2)(G3)(G4)는 각 변속단별 입력기어로서, 제1 입력기어(G1)는 제6속 및 제8속을 구현하기 위한 입력기어, 제2 입력기어(G2)는 제2속 및 제4속을 구현하기 위한 입력기어, 제3 입력기어(G3)는 제1속 및 제3속을 구현하기 위한 입력기어, 제4 입력기어(G4)는 제5속 및 제7속을 구현하기 위한 입력기어로 작용할 수 있도록 기어 잇수가 설정된다.
즉, 상기 제1 중간축(CS1)에는 짝수 변속단을 위한 제1, 제2 입력기어(G1,G2)가 형성되고, 제2 출력축(CS2)에는 홀수 변속단과 후진 변속단을 위한 제3, 제4 입력기어(G3,G4)가 형성된다.
상기에서 하이브리드용 클러치(HCL)는 건식 클러치, 다판식 유압클러치, 도그 클러치, 싱크로나이저 기구와 같은 여러 종류의 동력단속수단 중에서 유압제어시스템(미도시)에 의하여 작동 및 비작동 제어될 수 있는 적당한 클러치를 선택하여 사용할 수 있는데, 본 발명의 실시 예에서는 본 발명의 실시 예에서는 도그 클러치의 일종인 싱크로나이저로 구성될 수 있다.
상기 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2)은 각각 제1 클러치(CL1), 제2 클러치(CL2)를 통하여 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)로부터 회전동력을 전달받을 수 있도록 가변 연결된다.
상기 제1 클러치(CL1)는 상기 제1 입력축(IS1)과 제1 중간축(CS1) 사이에 배치되어 제1 입력축(IS1)으로부터 제1 중간축(CS1)으로 전달되는 회전동력을 단속하며, 상기 제2 클러치(CL2)는 상기 제2 입력축(IS2)과 제2 중간축(CS2) 사이에 배치되어 제2 입력축(IS2)으로부터 제2 중간축(CS2)으로 전달되는 회전동력을 단속한다.
즉, 상기 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)는 통상의 유체 다판 클러치로 이루어져 유압제어시스템(미도시)에 의하여 작동 및 비작동 제어될 수 있으며, 이외에 일반적인 건식 다판 클러치로도 이루어질 수 있을 것이다.
상기 입력수단의 각 입력기어로부터 동력을 전달받아 변속하여 출력하는 상기 변속출력수단은 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제1, 제2 변속출력기구(OUT1)(OUT2)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 변속출력기구(OUT1)는 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제1 출력축(OS1)과, 제1속 및 제5속 변속기어(D1)(D5)와 제2속 및 제6속 변속기어(D2)(D6)를 구비하며, 상기 제1 출력축(OS1)상에 배치되어 제1속 또는 제5속 변속기어(D1)(D5)를 상기 제1 출력축(OS1)에 선택적으로 동기 연결하는 동기유닛인 제1 싱크로나이저(SL1)와, 제2속 및 제6속 변속기어(D2)(D6)를 상기 제1 출력축(OS1)에 선택적으로 동기 연결하는 동기유닛인 제2 싱크로나이저(SL2)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1속 변속기어(D1)는 제3 입력기어(G3)와 치합되고, 제5속 변속기어(D5)는 제4 입력기어(G4)와 치합된다.
상기 제2속 변속기어(D2)는 제2 입력기어(G2)와 치합되고, 제6속 변속기어(D6)는 제1 입력기어(G1)와 치합된다.
그리고 상기 제1 변속출력기구(OUT1)를 통해 변속된 회전동력은 제1 출력축(OS1)의 전단부 또는 후단부에 장착되는 제1 출력기어(OG1)를 통해 공지의 디프렌셜을 포함하는 종감속 기구로 전달된다.
상기 제2 변속출력기구(OUT2)는 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)과 소정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제2 출력축(OS2)과, 제3속 변속기어(D3) 및 제7속 변속기어(D7)와 제4속 변속기어(D4) 및 제8속 변속기어(D8)를 구비하며, 상기 제2 출력축(OS2) 상에 배치되어 상기 제3속 변속기어(D3) 또는 제7속 변속기어(D7)를 상기 제2 출력축(OS2)에 선택적으로 동기 연결하는 동기유닛인 제3 싱크로나이저(SL3)와, 상기 제4속 변속기어(D4) 및 제8 변속기어(D4)를 상기 제2 출력축(OS2)에 선택적으로 동기 연결하는 동기유닛인 제4 싱크로나이저(SL4)를 포함하여 이루어진다.
상기 제3속 변속기어(D3)는 제3 입력기어(G3)와 치합되고, 제7속 변속기어(D7)는 제4 입력기어(G4)와 치합된다.
상기 제4속 변속기어(D4)는 제2 입력기어(G2)와 치합되고, 제8속 변속기어(D8)는 제1 입력기어(G1)와 치합된다.
상기 제2 변속출력기구(OUT2)를 통해 변속된 회전동력은 제2 출력축(OS2)의 전단부 또는 후단부에 장착되는 제2 출력기어(OG2)를 통해 공지의 디프렌셜 기구로 전달된다.
그리고 상기 제3 싱크로나이저(SL3)와 제4 싱크로나이저(SL4) 사이의 제2 출력축(OS2) 상에는 중공의 제3 중간축(CS3)이 회전 간섭 없이 배치된다.
상기 제3 중간축(CS3)은 전측단에 상기 제2 입력축(IS2)에 고정 배치되는 시동용 구동기어(SD1)와 치합되는 시동용 피동기어(SD2)가 고정 배치되고, 후측단이 상기 제4속 변속기어(D4)와 엔진 시동용 클러치(SCL)에 의하여 가변적으로 연결된다.
이에 따라 상기 엔진 시동용 클러치(SCL)가 작동 제어되면, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 시동용 구동기어(SD1), 시동용 피동기어(SD2), 제3 중간축(CS3), 엔진 시동용 클러치(SCL), 제4속 변속기어(D4)를 통해 제1 중간축(CS3)으로 전달된다.
상기에서 엔진 시동용 클러치(SCL)는 건식 클러치, 다판식 유압클러치, 도그 클러치, 싱크로나이저 기구와 같은 여러 종류의 동력단속수단 중에서 유압제어시스템(미도시)에 의하여 작동 및 비작동 제어될 수 있는 적당한 클러치를 선택하여 사용할 수 있는데, 본 발명의 실시 예에서는 도그 클러치의 일종인 싱크로나이저로 구성될 수 있다.
상기에서 제1, 제2, 제3, 제4 싱크로나이저(SL1 ∼ SL4)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 싱크로나이저(SL1 ∼ SL4)에 적용되는 각각의 슬리이브(SLE1)(SLE2)(SLE3)(SLE4)는 공지와 같이 별도의 액추에이터(미도시)를 구비하며, 상기 액추에이터는 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 제어된다.
또한, 상기 본 발명의 실시 예에서는 상기 제1 중간축(CS1)에는 짝수 변속단을 구현하기 위한 입력기어들이 구성되고, 상기 제2 중간축(CS2)에는 홀수 변속단을 구현하기 위한 입력기어들이 구성되는데, 이에 한정되는 것은 아니며, 이와는 반대로 상기 제1 중간축(CS1)에 홀수 변속단을 구현하기 위한 입력기어들이 구성되고, 상기 제2 중간축(CS2)에 짝수 변속단을 구현하기 위한 입력기어들이 구성될 수 있다.
그리고 상기 입력기어들의 숫자는 4개에 한정되는 것은 아니며, 구현하는 변속단수에 따라 달라질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 동력전달계통도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치는 동력원인 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(CL1)를 통해 짝수단 변속기어군으로 전달되어 변속이 이루어진 후, 디프렌셜을 포함하는 종감속 기구(FD)를 통해 구동륜(WH)으로 전달되고, 다른 동력원인 모터/제너레이터(MG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)를 통해 홀수단 변속기어군으로 전달되어 변속이 이루어진 후, 디프렌셜을 포함하는 종감속 기구(FD)를 통해 구동륜(WH)으로 전달된다.
또한, 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력은 엔진 시동용 클러치(SCL)와 제1 클러치(CL1)를 통해 엔진(ENG)으로 전달될 수 있으며, 상기 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)는 하이브리드용 클러치(HCL)를 통해 선택적으로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 EV 모드시 동력전달계도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치는 EV 모드에서 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 일점쇄선과 같이 홀수단 변속기어군으로 전달되어 주행 조건에 따라 제1, 제3, 제5, 제7 변속단으로 변속되어 디프렌셜을 포함하는 종감속 기구(FD)를 통해 구동륜(WH)으로 전달되면서 주행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 주행 중 엔진 시동시의 동력전달계도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치는 주행 중 엔진 시동 시, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력의 일부는 상기 도 3과 같이 EV 주행에 전달되고, 일부의 회전동력은 엔진 시동용 클러치(SCL)와 제1 클러치(CL1)를 통해 엔진(ENG)으로 전달되어 엔진(ENG)의 시동을 위한 동력으로 사용된다.
이때, 엔진(ENG)의 시동에 따라 발생될 수 있는 충격은 모터/제너레이터(MG)의 회전동력을 홀수단 변속기어군으로 전달하는 제2 클러치(CL2)에 의하여 흡수될 수 있으므로 엔진 시동시의 충격을 최소화할 수 있다.
도 5a 와 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 HEV 모드에서의 동력전달계통도로서, 도 5a는 홀수단 변속시의 동력전달계통도이고, 도 5b는 짝수단 변속시의 동력전달계통도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치는 HEV 모드에서 하이브리드용 클러치(HCL)가 작동 제어된다.
그러면 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)가 직접 연결되며, 이의 상태에서 홀수단 변속이 이루어질 때에는 도 5a와 같이 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 합력되어 제2 클러치(CL2)를 통해 홀수단 변속기어군으로 전달되어 다단의 홀수 변속단(제1, 제3, 제5, 제7속)으로 변속되어 출력된다.
그리고 짝수단 변속이 이루어질 때에는 도 5b와 같이 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 합력되어 제1 클러치(CL1)를 통해 짝수단 변속기어군으로 전달되어 다단의 짝수 변속단(제2, 제4, 제6, 제8속)으로 변속되어 출력된다.
따라서 HEV 모드 주행 시에는 하이브리드용 클러치(HCL)를 작동 제어한 상태에서 변속단에 따라 제1 클러치(CL1)와 제2 클러치(CL2)를 번갈아 가면서 작동시키면서 변속이 이루어지도록 하면, 기존 DCT와 동일한 변속이 이루어질 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치는 DCT와 동일한 다단 변속이 이루어지면서, 모터/제너레이터와 하이브리드용 클러치 및 엔진 시동용 클러치의 작동에 의하여 EV, HEV, 회생제동 모드의 주행이 가능할 수 있다.
또한, EV 모드에서 모터/제너레이터의 회전동력으로 다단의 변속단을 구현하고, HEV 모드에서 엔진의 회전동력으로 짝수 변속단을 구현하고, 전기 구동유닛의 회전동력을 홀수단의 변속단을 구현할 수 있도록 하여 연비를 개선할 수 있다.
또한, 주행 중 엔진 시동시 모터/제너레이터의 회전동력이 엔진 시동용 클러치를 통해 엔진으로 전달되면서 엔진 시동이 이루어질 때 발생되는 충격이 제2 클러치의 슬립에 의하여 흡수될 수 있으므로 주행 중 엔진 시동에 따른 충격 발생을 최소화할 수 있다.
또한, EV 모드에서 다단의 홀수단 변속이 이루어짐으로써, 엔진의 회전동력에 의한 짝수단 변속 시에 토크의 단절이 발생하지 않도록 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
IS1, IS2, IS3... 제1, 제2 입력축
CL1, CL2... 제1, 제2 클러치
CS1, CS2, CS3... 제1, 제2, 제3 중간축
D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7 제8속 변속기어
G1,G2,G3,G4... 제1, 제2, 제3, 제4 입력기어
MG... 모터/제너레이터
HCL... 하이브리드용 클러치
OS1, OS2... 제1, 제2 출력축
SCL... 엔진 시동용 클러치
SL1,SL2,SL3,SL4... 제1, 제2, 제3, 제4 싱크로나이저

Claims (11)

  1. 엔진;
    상기 엔진과 동일 축선상의 반대측에 배치되는 모터/제너레이터;
    상기 엔진의 출력측과 직접 연결되는 제1 입력축과, 상기 모터/제너레이터의 출력측과 직접 연결된 상태에서 상기 제1 입력축과 동일 축선상에 이격 배치되어 단부가 상기 제1 입력축과 선택적으로 연결되는 제2 입력축과, 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 입력축과 선택적으로 연결되어 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제1 중간축; 중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 입력축과 선택적으로 연결되어 외주면 상에 하나 이상의 입력기어가 배치되는 제2 중간축으로 구성되는 입력수단; 및
    상기 입력수단의 회전동력을 변속하여 출력하는 변속출력수단;
    을 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터/제너레이터는
    상기 제2 입력축과 연결되는 로터와, 상기 로터의 외주 측에 배치되어 변속기 하우징에 고정되는 스테이터로 이루어지는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입력축과 제2 입력축은
    하이브리드용 클러치에 의하여 선택적으로 연결되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중간축 상에 배치되는 하나 이상의 입력기어는
    제6속 및 제8속의 입력기어로 작동하는 제1 입력기어, 제2속 및 제4속의 입력기어로 작동하는 제2 입력기어가 엔진 측에서 모터/제너레이터 측으로 순차적 배치되고,
    상기 제2 중간축 상에 배치되는 하나 이상의 입력기어는
    제1속 및 제3속의 입력기어로 작동하는 제3 입력기어, 제5속 및 제7속의 입력기어로 작동하는 제4 입력기어가 모터/제너레이터 측에서 엔진 측으로 순차적 배치되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변속출력수단은
    상기 제1, 제2 중간축에 평행하게 배치된 제1, 제2 출력축을 포함하고, 상기 제1,2 중간축 상의 입력기어들에 치합된 상태로, 상기 제1, 제2 출력축 상에 배치되어 각 동기유닛에 의해 상기 제1 출력축 또는 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 복수개의 변속기어들로 구성되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 변속출력수단은
    상기 제1, 제2 중간축과 평행하게 배치되는 제1 출력축 상에 배치되는 제1, 제2 싱크로나이저의 선택적인 작동에 의하여 4개의 변속기어가 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되어 상기 회전동력을 4개의 변속비로 출력하는 제1 변속출력기구;
    상기 제1, 제2 중간축과 평행하게 배치되는 제2 출력축 상에 배치되는 제3, 제4 싱크로나이저의 선택적인 작동에 의하여 4개의 변속기어가 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되어 상기 회전동력을 4개의 변속비로 출력하는 제2 변속출력기구; 및
    상기 제2 입력축과 상기 제1, 제2 변속출력기구의 변속기어 중, 하나의 변속기어와 선택적으로 연결되어 상기 제2 입력축의 회전동력이 제1 중간축으로 전달되도록 하는 엔진 시동용 클러치;
    를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 싱크로나이저는
    상기 제3 입력기어와 치합되는 제1속 변속기어와, 상기 제4 입력기어와 치합되는 제5속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 싱크로나이저는
    상기 제2 입력기어와 치합되는 제2속 변속기어와, 상기 제1 입력기어와 치합되는 제6속 변속기어를 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제3 싱크로나이저는
    상기 제3 입력기어와 치합되는 제3속 변속기어와, 상기 제4 입력기어와 치합되는 제7속 변속기어를 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제4 싱크로나이저는
    상기 제2 입력기어와 치합되는 제4속 변속기어와, 상기 제1 입력기어와 치합되는 제8속 변속기어를 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 엔진 시동용 클러치는
    중공축으로 이루어져 상기 제4속 변속기어의 일측방의 제2 출력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 입력축에 구성되는 시동용 구동기어와 치합되는 시동용 피동기어가 일체로 형성되는 제3 중간축을 상기 제4속 변속기어와 선택적으로 연결하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
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