KR102600054B1 - 토크 벡터링 장치 - Google Patents

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Abstract

토크 벡터링 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 토크 벡터링 장치는 구동원인 제1, 제2 모터/제너레이터; 공유 회전요소를 공유하면서 좌우 대칭으로 각각 2개씩의 유성기어세트가 조합되어 좌,우측 출력축 선상에 각각 배치되며, 상기 제1, 제2 모터/제너레이터와 각각 동력 연결되어 상기 제1, 제2 모터/제너레이터로부터 입력되는 각각의 회전동력의 속도는 독립적으로 제어하면서, 상기 제1, 제2 모터/제너레이터의 각 토크를 독립적으로 제어하거나, 상기 제1, 제2 모터/제너레이터의 각 토크를 서로 반대방향으로 제어하는 제1, 제2 변속기구; 상기 제1, 제2 변속기구의 공유하는 상기 공유 회전요소와 하우징 사이에 구성되어 상기 공유 회전요소의 회전방향을 일방향으로 제한하는 원웨이 클러치; 및 상기 제1, 제2 변속기구의 공유하는 상기 공유 회전요소와 하우징 사이에 구성되어 상기 공유 회전요소를 선택적으로 하우징에 고정하는 브레이크를 포함한다.

Description

토크 벡터링 장치{Device for torque vectoring}
본 발명은 토크 벡터링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2모터 e-AWD(All Wheel Drive) 등의 고성능 환경차에 적용되어 선회 성능을 향상시키는 토크 벡터링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 토크 벡터링 장치는 차량의 민첩한 운동성능 및 핸들링 성능을 향상시기 위하여 좌우측 바퀴에 전달되는 토크의 크기를 독립적이면서 자유롭게 조절하기 위한 장치이다.
여기서, 토크 벡터링(torque vectoring)이라 함은 자동차에서 바퀴로 전달되는 엔진의 출력 또는 구동력에 대하여 크기와 방향 모두를 표현하기 위한 것으로, 바퀴에 전달되는 토크의 크기와 방향, 그 중에서도 같은 차축선상의 양측 바퀴로 각각 전달되는 토크에 변화를 주기 위한 기술을 의미한다.
즉, 토크 벡터링은 양측 바퀴로 전달되는 토크의 크기와 방향을 달리하는 것으로, 바퀴에 걸리는 부하에 따라 좌우측 바퀴로 배분되는 토크 비율이 달라지는 디퍼렌셜에 부가적인 기능으로 적용된다.
이러한 기능을 위한 토크 벡터링 장치는 운전자의 주행의도가 반영되도록 하여 능동적으로 디퍼렌셜의 기능을 제어함으로써 좌우 바퀴로 배분되는 토크의 비율을 조절하게 된다.
이에 따라, 운전자는 구동력을 더 적극적으로 활용할 수 있고 핸들링 특성의 향상도 기대할 수 있다.
그러나 토크 벡터링 장치는 디퍼렌셜의 기본적인 기능은 그대로 유지하면서, 필요한 상황에 따라 적절한 수준의 토크를 필요한 바퀴로 필요한 만큼 전달하는 기능이 더해져야 하기 때문에 기술적으로 구현하는 것은 쉽지 않다.
최근, 토크 벡터링 장치는 내연기관을 사용하는 구동계보다 모터의 배치와 제어에 따라 토크 벡터링을 휠씬 정확하게 구현할 수 있는 전기자동차 기술이 발전하면서 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. 특히, 환경차의 고성능화가 진행되면서, 전기자동차(EV) 등의 AWD(All Wheel Drive)의 후방 디퍼렌셜에 적용되어 고성능 환경차의 선회 성능 향상을 위한 요소 기술로의 연구개발이 활발하다.
이러한 환경차의 경우, 일반 내연기관 자동차와 다르게 트랜스퍼 샤프트와 같은 기계요소가 필요 없고, 2모터 e-AWD(All Wheel Drive) 및 전기자동차(EV)의 경우, 모터 제어 기술의 적용만으로 토크 벡터링의 구현이 가능하나 최적화된 후륜 동력 분배에 의한 선회 성능 향상의 실현을 위한 다양한 토크 벡터링 기술 개발이 요구된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 2모터 e-AWD(All Wheel Drive)와 같은 고성능 환경차에 적용되어 동력 손실을 최소화하여 연비 성능을 향상시키고, 선회 주행 성능을 향상시키는 토크 벡터링 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 토크 벡터링 장치는 저속 주행 시에 좌,우측 모터/제너레이터에 의해 독립적으로 속도 및 토크 제어가 가능하도록 하고, 고속 주행 시에는 좌,우측 모터/제너레이터에 의해 독립적으로 속도 제어만 가능하도록 하여 제어 안정성을 향상시키며, 고속 선회 주행시에는 토크 벡터링 기능이 가능한 토크 벡터링 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 구동원인 제1, 제2 모터/제너레이터; 공유 회전요소를 공유하면서 좌우 대칭으로 각각 2개씩의 유성기어세트가 조합되어 좌,우측 출력축 선상에 각각 배치되며, 상기 제1, 제2 모터/제너레이터와 각각 동력 연결되어 상기 제1, 제2 모터/제너레이터로부터 입력되는 각각의 회전동력의 속도는 독립적으로 제어하면서, 상기 제1, 제2 모터/제너레이터의 각 토크를 독립적으로 제어하거나, 상기 제1, 제2 모터/제너레이터의 각 토크를 서로 반대방향으로 제어하는 제1, 제2 변속기구; 상기 제1, 제2 변속기구의 공유하는 상기 공유 회전요소와 하우징 사이에 구성되어 상기 공유 회전요소의 회전방향을 일방향으로 제한하는 원웨이 클러치; 및 상기 제1, 제2 변속기구의 공유하는 상기 공유 회전요소와 하우징 사이에 구성되어 상기 공유 회전요소를 선택적으로 하우징에 고정하는 브레이크를 포함하는 토크 벡터링 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 변속기구는 제1 회전요소, 상기 좌측 출력축과 고정 연결되는 제2 회전요소, 및 공유 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트와, 상기 제1 모터/제너레이터의 로터에 허브를 통하여 연결되는 제4 회전요소, 상기 제1 회전요소와 고정 연결되는 제5 회전요소, 상기 제2 회전요소와 고정 연결되는 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트로 이루어져 좌측 출력축 상에 배치되고, 상기 제2 변속기구는 제7 회전요소, 상기 우측 출력축과 고정 연결되는 제8 회전요소, 상기 공유 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트와, 상기 제2 모터/제너레이터의 로터에 허브를 통하여 연결되는 제10 회전요소, 상기 제7 회전요소와 고정 연결되는 제11 회전요소, 상기 제8 회전요소와 고정 연결되는 제12 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트로 이루어져 우측 출력축 상에 배치되며, 상기 제1, 제3 유성기어세트의 공유 회전요소는 공유 링기어로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 변속기구는 상기 제1 유성기어세트가 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제1 회전요소, 제2 회전요소, 공유 회전요소가 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 공유 링기어로 이루어지고, 상기 제2 유성기어세트가 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제4, 제5, 제6 회전요소가 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 변속기구는 상기 제1 선기어와 상기 제2 유성캐리어를 고정 연결하는 제1 연결부재; 및 상기 제1 유성캐리어와 상기 제2 링기어를 고정 연결하는 제2 연결부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 변속기구는 상기 제3 유성기어세트가 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제7 회전요소, 제8 회전요소, 공유 회전요소가 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 공유 링기어로 이루어지고, 상기 제4 유성기어세트가 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제10, 제11, 제12 회전요소가 제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제2 변속기구는 상기 제3 선기어와 상기 제4 유성캐리어를 고정 연결하는 제3 연결부재; 및 상기 제3 유성캐리어와 상기 제4 링기어를 고정 연결하는 제4 연결부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 토크 벡터링 장치는 2모터 e-AWD(All Wheel Drive)와 같은 고성능 환경차에 적용되어 선회 주행 등의 운전조건에 따른 토크 벡터링을 통해 차량의 선회 주행 성능을 향상시킨다.
또한, 저속 주행 시에 좌,우측 모터/제너레이터가 동력 단절되어 각각 독립적으로 속도 및 토크 제어가 가능하도록 하고, 고속 주행 시에는 좌,우측 모터/제너레이터가 동력 연결되어 독립적으로 속도 제어만으로 일측 모터/제너레이터의 토크에 의해 타측 모터/제너레이터의 토크가 결정되어 제어 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 고속 선회 주행시에는 일측 모터/제너레이터에 토크 발생 시, 타측 모터/제너레이터에 크기는 같고 방향이 반대인 토크만 인가하는 것으로, 토크 벡터링 기능이 가능하여 제어 및 효율 측면에서도 유리한 이점이 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 토크 벡터링 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 토크 벡터링 장치의 저속운전모드에서의 레버선도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 토크 벡터링 장치의 고속운전모드에서의 레버선도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 통하여 상세하게 설명한다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
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 토크 벡터링 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 토크 벡터링 장치는 구동원인 2개의 모터/제너레이터(MG1)(MG2)와 함께, 좌우측 출력축(OS1)(OS2) 선상에 각각 배치되는 제1, 제2 변속기구(10)(20), 원웨이 클러치(OWC), 브레이크(B)로 구성된다.
즉, 상기 토크 벡터링 장치는 저속 주행 시에 제1 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)에 의해 독립적으로 속도 및 토크 제어가 가능하도록 하고, 고속 주행 시에는 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)에 의해 독립적으로 속도 제어만 가능하며, 고속 선회 주행시에는 토크 벡터링 기능을 통해 좌우측 바퀴(미도시)의 회전수 차이를 흡수하면서 회전동력을 좌우측 바퀴로 전달한다.
이때, 토크 벡터링 기능은 선회 주행 등의 운전조건에 따라 제1, 제2 모터/제너레이트(MG1)(MG2)의 각 토크를 서로 반대방향으로 제어하면서 상기 좌우측 바퀴로 배분되는 토크 비율을 조절하여 선회 주행 성능 등의 운전성을 향상시키게 된다.
상기 좌,우측 출력축(OS1)(OS2)은 상기 제1, 제2 변속기구(10)(20)와 좌,우측 바퀴(미도시) 사이에 각각 구성되는 동력 전달축으로, 통상의 좌,우측 구동축을 의미할 수 있다.
상기 제1 모터/제너레이터(MG1)는 하우징(H) 좌측에 고정되는 제1 스테이터(ST1)와 제1 변속기구(10)와 동력 연결되는 제1 로터(RT1)로 구성되며, 제1 로터(RT1)를 통하여 제1 변속기구(10)에 회전동력을 공급하는 모터의 기능과, 좌측 바퀴로부터 전달되는 회전력에 의하여 회전하면서 전기를 생성하는 제너레이터의 기능을 동시에 수행할 수 있다.
상기 제2 모터/제너레이터(MG2)는 하우징(H) 우측에 고정되는 제2 스테이터(ST2)와 제2 변속기구(20)와 동력 연결되는 제2 로터(RT)로 구성되며, 제2 로터(RT2)를 통하여 제2 변속기구(20)에 회전동력을 공급하는 모터의 기능과, 좌측 바퀴로부터 전달되는 회전력에 의하여 회전하면서 전기를 생성하는 제너레이터의 기능을 동시에 수행할 수 있다.
상기 제1, 제2 변속기구(10)(20)은 서로 공유하는 공유 회전요소(N39)를 포함하여 좌우 대칭으로 각각 2개씩의 유성기어세트가 조합되어 상기 좌,우측 출력축(OS1)(OS2) 선상에 각각 배치된다.
이때, 상기 제1 변속기구(10)는 제1 모터/제너레이터(MG1)와 동력 연결되고, 상기 제2 변속기구(20)는 제2 모터/제너레이터(MG2)와 동력 연결되어 상기 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)로부터 입력되는 각각의 회전동력의 속도는 독립적으로 제어하면서, 상기 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)의 각 토크를 독립적으로 제어하거나, 상기 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)의 각 토크를 서로 반대방향으로 제어하면서 토크 벡터링 기능을 수행하여 좌,우측 바퀴의 회전수 차이를 흡수하면서 전달되는 회전동력을 좌,우측 출력축(OS1)(OS2)에 전달한다.
먼저, 상기 제1 변속기구(10)는 각각 3개의 회전요소를 보유하는 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)의 조합으로 이루어진다.
여기서, 상기 제1 유성기어세트(PG1)는 제1 회전요소(N1), 상기 좌측 출력축(OS1)과 고정 연결되는 제2 회전요소(N2), 및 공유 회전요소(N39)를 보유하며, 상기 제2 유성기어세트(PG2)는 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)의 제1 로터(RT1)에 허브(3)를 통하여 연결되는 제4 회전요소(N4), 상기 제1 회전요소(N1)와 고정 연결되는 제5 회전요소(N5), 상기 제2 회전요소(N2)와 고정 연결되는 제6 회전요소(N6)를 보유하여 상기 좌측 출력축(OS1) 상에 배치된다.
즉, 상기 제1 유성기어세트(PG1)는 제1, 제2, 및 공유 회전요소(N1)(N2)(N39)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)와, 상기 제1 선기어(S1)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제1 피니언 기어(P1)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제2 회전요소(N2)인 제1 유성캐리어(PC1)와, 상기 복수의 제1 피니언 기어(P1)와 내접 치합되어 상기 제1 선기어(S1)와 동력 연결되는 공유 회전요소(N39)인 공유 링기어(R13)를 포함한다.
상기 제2 유성기어세트(PG2)는 제4, 제5, 제6 회전요소(N4)(N5)(N6)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)와, 상기 제2 선기어(S2)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제2 피니언 기어(P2)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제5 회전요소(N5)인 제2 유성캐리어(PC2)와, 상기 복수의 제2 피니언 기어(P2)와 내접 치합되어 상기 제2 선기어(S2)와 동력 연결되는 제6 회전요소(N6)인 제2 링기어(R2)를 포함한다.
또한, 상기 제2 변속기구(20)는 각각 3개의 회전요소를 보유하는 제3, 제4 유성기어세트(PG3)(PG4)의 조합으로 이루어진다.
여기서, 상기 제3 유성기어세트(PG3)는 제7 회전요소(N7), 상기 우측 출력축(OS2)과 고정 연결되는 제8 회전요소(N8), 및 상기 공유 회전요소(N39)를 보유하며, 상기 제4 유성기어세트(PG4)는 상기 제2 모터/제너레이터(MG2)의 제2 로터(RT2)에 허브(5)를 통하여 연결되는 제10 회전요소(N10), 상기 제7 회전요소(N7)와 고정 연결되는 제11 회전요소(N11), 상기 제8 회전요소(N8)와 고정 연결되는 제12 회전요소(N12)를 보유하여 상기 우측 출력축(OS2) 상에 배치된다.
이때, 상기 제1, 제3 유성기어세트(PG1)(PG3)의 공유 회전요소(39)는 공유 링기어(R13)로 이루어진다.
즉, 상기 제3 유성기어세트(PG3)는 제7, 제8, 및 공유 회전요소(N7)(N8)(N39)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제7 회전요소(N7)인 제3 선기어(S3)와, 상기 제3 선기어(S3)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제3 피니언 기어(P3)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제8 회전요소(N8)인 제3 유성캐리어(PC3)와, 상기 복수의 제3 피니언 기어(P3)와 내접 치합되어 상기 제3 선기어(S3)와 동력 연결되는 공유 회전요소(N39)인 공유 링기어(R13)를 포함한다.
상기 제4 유성기어세트(PG4)는 제10, 제11, 제12 회전요소(N10)(N11)(N12)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로서. 제10 회전요소(N10)인 제4 선기어(S4)와, 상기 제4 선기어(S4)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제4 피니언 기어(P4)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제11 회전요소(N11)인 제4 유성캐리어(PC4)와, 상기 복수의 제4 피니언 기어(P4)와 내접 치합되어 상기 제4 선기어(S4)와 동력 연결되는 제12 회전요소(N12)인 제4 링기어(R4)를 포함한다.
그리고 상기 제1 변속기구(10)를 이루는 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)와 상기 제2 변속기구(20)를 이루는 제3, 제4 유성기어세트(PG3)(PG4)는 상기 공유 회전요소(39)인 공유 링기어(R13)를 기준으로 좌우 대응으로 좌,우측 출력축(OS1)(OS2) 상에 각각 배치된다.
또한, 상기 제1 회전요소(N1)는 제1 연결부재(CN1)를 통하여 제5 회전요소(N5)와 고정 연결되고, 상기 제2 회전요소(N2)는 제2 연결부재(CN2)를 통하여 제6 회전요소(N6)와 고정 연결되며, 상기 제7 회전요소(N7)는 제3 연결부재(CN3)를 통하여 제11 회전요소(N11)와 고정 연결되고, 상기 제8 회전요소(N8)는 제4 연결부재(CN4)를 통하여 제12 회전요소(N12)와 고정 연결된다.
이때, 좌측 출력축(OS1)은 제2 연결부재(CN2)를 통하여 제2 회전요소(N2)와 고정 연결되고, 우측 출력축(OS2)은 제4 연결부재(CN4)를 통하여 제8 회전요소(N8)와 고정 연결되어 동력 전달된다.
여기서, 상기한 4개의 연결부재(CN1 ~ CN4)는 상기 유성기어세트들(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 회전요소 중, 복수의 회전요소를 고정적으로 연결하여 회전요소와 함께 회전하면서 동력을 전달하는 회전부재일 수 있으며, 상기 회전요소를 하우징(H)과 선택적으로 연결하는 회전부재이거나, 또는 상기 회전요소를 하우징(H)과 직접 연결하여 고정하는 고정부재일 수 있다.
또한, 상기의 기재에서, 고정 연결(Fixedly connected) 또는 이와 유사한 용어는 좌우측 출력축(OS1)(OS2)을 포함하여 해당 연결부재를 통하여 연결된 복수의 회전요소와 해당 연결부재가 서로 회전수의 차이 없이 회전하도록 연결되는 것을 의미한다. 즉, 고정 연결된 복수의 회전요소와 해당 연결부재는 동일한 회전방향 및 회전수로 회전한다.
또한, 상기의 기재에서, 선택적 연결(Selectively connected) 또는 이와 유사한 용어는 좌우측 출력축(OS1)(OS2)을 포함하여 복수의 연결부재가 결합요소를 통해 동일한 회전방향 및 회전수로 회전 가능하도록 연결되거나, 해당 연결부재가 결합요소를 통해 하우징에 고정 가능하도록 연결되는 것을 의미한다.
즉, 결합요소가 복수의 연결부재를 선택적으로 연결하는 경우, 결합요소가 작동하면, 복수의 연결부재는 동일한 회전방향 및 회전수로 회전하고, 결합요소가 해제되면, 복수의 연결부재의 연결이 해제된다.
그리고 상기 원웨이 클러치(OWC)는 상기 제1, 제2 변속기구(10)(20)의 공유하는 상기 공유 회전요소(N39)와 하우징(H) 사이에 구성되어 상기 공유 회전요소(N39)의 회전방향을 일방향으로 제한하는 기능을 한다.
또한, 상기 브레이크(B)는 상기 제1, 제2 변속기구(10)(20)의 공유하는 상기 공유 회전요소(N39)와 하우징(H) 사이에 구성되어 상기 공유 회전요소(N39)를 선택적으로 하우징에 고정하여 선택적인 고정요소로 작동하도록 한다.
상기에서, 브레이크(B)는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있으며, 주로 습식 다판형 유압마찰결합유닛이 사용되지만, 도그 클러치, 전자식 클러치, 자분식 클러치 등과 같이 전자제어장치로부터 공급되는 전기적인 신호에 따라 작동될 수 있는 결합유닛으로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 토크 벡터링 장치의 저속운전모드에서의 레버선도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 토크 벡터링 장치의 고속운전모드에서의 레버선도이다.
이러한 구성을 갖는 토크 벡터링 장치는 브레이크(B)의 선택적 제어에 따라, 도 2와 도 3에 도시된 레버선도와 같이, 저속운전모드 및 고속운전모드와 같은 제어를 가능하게 한다.
여기서, 상기 저속운전모드 및 고속운전모드에서와 같이, 저속과 고속의 기준은 설계자에 의해 임의로 설정되는 임의의 설정 차속을 기준으로 구분될 수 있으며, 차량의 주행속도에 따른 자세 제어 및 핸들링 성능 등을 고려하여 설정 차속이 설정될 수 있다.
즉, 도 2와 도 3을 참조하면, 세로선은 제1, 제2 변속기구(10)(20)의 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)의 각 회전요소와 제3, 제4 유성기어세트(PG3)(PG4)의 각 회전요소에 대한 회전수로 설정되고, 가로선은 각 회전요소의 각 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)를 나타낸다.
상기 세로선과 가로선의 설정은 유성기어트레인의 당업자라면 당연히 알 수 있는 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략한다.
이러한 토크 벡터링 장치의 운전조건에 따른 운전모드별 작동을 도 2와 도 3의 레버선도를 통해 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 2를 참조하면, 저속운전모드에서는 브레이크(B)를 작동 제어하여 공유 회전요소(N39)를 회전방향으로 고정한다.
이러한 상태에서는 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)는 좌,우측 바퀴의 속도 및 토크를 각각 독립적으로 제어하는 것이 가능한 상태가 된다.
즉, 도 2에서와 같이 저속 우선회 주행 시의 예를 들면, 제1 모터/제너레이터(MG1)의 속도와 토크(TL)를 제2 모터/제너레이터(MG2)의 속도와 토크(TR)보다 크게 제어함으로써, 선회 외측인 좌측 바퀴로 회전동력을 전달하는 좌측 출력축(OS1)이 우측 출력축(OS2)에 비하여 더 큰 토크가 배분되어 우선회 주행을 가능하게 한다.
물론, 좌선회 주행 시에는 상기 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)의 제어를 반대로 하여 토크 벡터링 기능을 수행할 수 있다.
그리고 도 3을 참조하면, 고속운전모드에서는 브레이크(B)의 작동을 해제하여 공유 회전요소(N39)가 원웨이 클러치(OWC)에 의해 일방향으로 자유 회전이 가능하도록 한다.
이러한 상태에서는 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)는 공유 회전요소(N39)에 의해 동력이 연결되는 상태로, 좌,우측 바퀴의 속도 제어만 독립적으로 제어하는 것이 가능한 상태가 되며, 선회 주행과 같이, 일측 모터/제너레이터에 토크가 발생되면, 타측 모터/제너레이터에는 토크의 크기는 같고 반대방향의 토크가 인가되어 토크 벡터링 기능을 수행하게 된다.
즉, 도 3에서와 같이 고속 우선회 주행 시의 예를 들면, 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)는 동일한 속도로 각각 독립 제어되는 상태에서, 우선회 주행과 같이, 좌측 출력축(OS1)을 통하여 제1 모터/제너레이터(MG1)에 토크(TL)가 발생되면, 제2 모터/제너레이터(MG2)에는 동일 크기의 반대방향 토크(TR)가 인가되어 선회 외측인 좌측 바퀴로 회전동력을 전달하는 좌측 출력축(OS1)과, 선회 외측인 우측바퀴로 회전동력을 전달하는 우측 출력축(OS2)에 배분되는 토크의 방향을 바꾸어 안정적인 우선회 주행을 가능하게 한다.
물론, 좌선회 주행 시에는 상기 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)에 발생되는 토크가 반대로 발생되어 토크 벡터링 기능을 수행할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 토크 벡터링 장치는 2모터 e-AWD(All Wheel Drive)와 같은 고성능 환경차에 적용되어 선회 주행 등의 운전조건에 따른 토크 벡터링을 통해 차량의 선회 주행 성능을 향상시킬 수 있다.
저속 주행 시에는 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)가 동력 단절되어 각각 독립적으로 속도 및 토크 제어가 가능하도록 하고, 고속 주행 시에는 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)가 동력 연결되어 독립적으로 속도 제어만으로 일측 모터/제너레이터의 토크에 의해 타측 모터/제너레이터의 토크가 결정되어 제어 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 고속 선회 주행시에는 일측 모터/제너레이터에 토크 발생 시, 타측 모터/제너레이터에 크기는 같고 방향이 반대인 토크만 인가하는 것으로, 토크 벡터링 기능이 가능하여 제어 및 효율 측면에서도 유리하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
3, 5... 허브
10, 20... 제1, 제2 변속기구
OS1,OS2... 좌,우측 출력축
MG1, MG2... 제1, 제2 모터/제너레이터
H... 하우징
PG1, PG2, PG3, PG4... 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트
S1,S2,S3,S4... 제1, 제2, 제3, 제4 선기어
PC1,PC2,PC3,PC4... 제1, 제2, 제3, 제4 유성캐리어
R1,R2,R3,R4... 제1, 제2, 제3, 제4 링기어
OWC... 원웨이 클러치
B... 브레이크
CN1,CN2,CN3,CN4...제1, 제2, 제3, 제4 연결부재

Claims (6)

  1. 구동원인 제1, 제2 모터/제너레이터;
    공유 회전요소를 공유하면서 좌우 대칭으로 각각 2개씩의 유성기어세트가 조합되어 좌,우측 출력축 선상에 각각 배치되며, 상기 제1, 제2 모터/제너레이터와 각각 동력 연결되어 상기 제1, 제2 모터/제너레이터로부터 입력되는 각각의 회전동력의 속도는 독립적으로 제어하면서, 상기 제1, 제2 모터/제너레이터의 각 토크를 독립적으로 제어하거나, 상기 제1, 제2 모터/제너레이터의 각 토크를 서로 반대방향으로 제어하는 제1, 제2 변속기구;
    상기 제1, 제2 변속기구의 공유하는 상기 공유 회전요소와 하우징 사이에 구성되어 상기 공유 회전요소의 회전방향을 일방향으로 제한하는 원웨이 클러치; 및
    상기 제1, 제2 변속기구의 공유하는 상기 공유 회전요소와 하우징 사이에 구성되어 상기 공유 회전요소를 선택적으로 하우징에 고정하는 브레이크를 포함하고,
    상기 제1 변속기구는 제1 회전요소, 상기 좌측 출력축과 고정 연결되는 제2 회전요소, 및 공유 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트와, 상기 제1 모터/제너레이터의 로터에 허브를 통하여 연결되는 제4 회전요소, 상기 제1 회전요소와 고정 연결되는 제5 회전요소, 상기 제2 회전요소와 고정 연결되는 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트로 이루어지고,
    상기 제2 변속기구는 제7 회전요소, 상기 우측 출력축과 고정 연결되는 제8 회전요소, 상기 공유 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트와, 상기 제2 모터/제너레이터의 로터에 허브를 통하여 연결되는 제10 회전요소, 상기 제7 회전요소와 고정 연결되는 제11 회전요소, 상기 제8 회전요소와 고정 연결되는 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트로 이루어지는 토크 벡터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변속기구는 좌측 출력축 상에 배치되고, 상기 제2 변속기구는 우측 출력축 상에 배치되는 토크 벡터링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변속기구는
    상기 제1 유성기어세트가 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제1 회전요소, 제2 회전요소, 공유 회전요소가 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 공유 링기어로 이루어지고, 상기 제2 유성기어세트가 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제4, 제5, 제6 회전요소가 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어로 이루어지는 토크 벡터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변속기구는
    상기 제1 회전요소와 상기 제5 회전요소를 고정 연결하는 제1 연결부재; 및
    상기 제2 회전요소와 상기 제6 회전요소를 고정 연결하는 제2 연결부재;
    를 더 포함하는 토크 벡터링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 변속기구는
    상기 제3 유성기어세트가 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제7 회전요소, 제8 회전요소, 공유 회전요소가 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 공유 링기어로 이루어지고, 상기 제4 유성기어세트가 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어져, 상기 제10, 제11, 제12 회전요소가 제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어로 이루어지는 토크 벡터링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 변속기구는
    상기 제7 회전요소와 상기 제11 회전요소를 고정 연결하는 제3 연결부재; 및
    상기 제8 회전요소와 상기 제12 회전요소를 고정 연결하는 제4 연결부재;
    를 더 포함하는 토크 벡터링 장치.
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