KR20110049398A - 하이브리드 차량의 파워트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 래비뉴타입 유성기어세트를 이용하는 간단한 구성으로 하이브리드 차량의 기본적인 운전모드인 전기차모드와, 하이브리드모드인 복합분기모드 및 모터제너레이터가 선택적으로 동력 보조 또는 발전을 수행하며 엔진의 동력으로 일반 변속기의 변속단처럼 고정된 기어비로 운전되는 다수의 고정기어비모드의 구현이 가능하여, 차량의 주행상황에 따른 고효율 운전이 가능하여, 보다 저렴한 비용으로 차량의 파워트레인을 구성하면서도 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.

고정기어비, 복합분기, 연비, 래비뉴타입, 유성기어

Description

하이브리드 차량의 파워트레인{Power Train for Hybrid Vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 복합분기모드와 다단의 고정기어비 변속단을 구비하는 하이브리드 차량의 파워트레인에 관한 기술이다.

엔진과 모터제너레이터 및 유성기어장치를 조합하여 구성된 하이브리드 변속기를 탑재한 하이브리드 차량은, 주로 출발 및 저속 구간에서 모터에 의해서만 구동하는 전기차 모드 주행을 하고, 이후 차량 속도가 증가하면 변속기를 EVT(Electrically Variable Transmission)로 작용하도록 하여 엔진의 동력과 모터의 동력을 보다 효율적으로 사용하도록 하는 동력분기모드로 주행하도록 할 수 있으며, 차량의 동력 성능을 보다 우수하게 하도록 하기 위하여 기존 변속기처럼 고정단 기어비를 사용하도록 할 수 있다. 이러한 개념을 기반으로 하는 시스템은 아이들 스탑 기능과 회생제동의 극대화 구현 및 차량의 연비, 동력성능을 개선하도록 하고 있다.

또한, 하이브리드 차량은 모터제너레이터만으로 구동되는 동안에는 엔진에 의한 배기가스가 발생할 여지가 없고 엔진을 최적의 연비점에서 구동할 수 있기 때문에 연비 개선과 배기가스 저감의 장점을 가진 친환경적인 자동차 기술로 인정받고 있다.

상기와 같은 하이브리드 차량의 동력전달장치는 보다 간단한 구성으로 다양한 운전모드를 구현할 수 있도록 하여, 차량의 주행 상황에 따라 그 운전모드를 변경하도록 함으로써, 보다 효율적인 운행으로 차량의 연비를 개선하고, 가속성능을 향상시키는 등 차량 주행성능의 향상을 가져오도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 간단한 구성으로 하이브리드 차량의 기본적인 운전모드인 전기차모드와, 하이브리드모드인 복합분기모드 및 모터제너레이터가 선택적으로 동력 보조 또는 발전을 수행하며 엔진의 동력으로 일반 변속기의 변속단처럼 고정된 기어비로 운전되는 다수의 고정기어비모드의 구현이 가능하여, 차량의 주행상황에 따른 고효율 운전이 가능하여, 보다 저렴한 비용으로 차량의 파워트레인을 구성하면서도 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 하이브리드 차량의 파워트레인은

캐리어와 링기어가 일체화된 제1유성기어세트 및 제2유성기어세트와;

상기 제1유성기어세트와 제2유성기어세트의 서로 독립적인 회전요소에 각각 연결되는 제1모터제너레이터 및 제2모터제너레이터와;

상기 제1유성기어세트와 제2유성기어세트의 공통된 회전요소에 각각 연결되는 엔진 및 출력요소와;

상기 제1모터제너레이터와 제2모터제너레이터의 회전을 각각 구속할 수 있도록 각각 구비된 제1브레이크 및 제2브레이크와;

상기 제1유성기어세트와 제2유성기어세트의 서로 독립적인 회전요소 및 공통된 회전요소에 상기 엔진이 연결되는 상태를 각각 단속할 수 있도록 구비된 제1클러치 및 제2클러치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인은

제1선기어와 제2선기어를 각각 구비한 래비뉴타입 유성기어세트와;

상기 제1선기어와 회전력을 주고 받고, 상기 제1선기어의 회전운동을 구속할 수 있도록 구비된 제1구동유닛과;

상기 제2선기어와 회전력을 주고 받고, 상기 제2선기어의 회전운동을 구속할 수 있도록 구비된 제2구동유닛과;

상기 래비뉴타입 유성기어세트의 서로 다른 두 회전요소에 선택적으로 연결되는 엔진과;

상기 래비뉴타입 유성기어세트의 한 회전요소에 연결된 출력요소;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인은

캐리어와 링기어 및 제1선기어와 제2선기어를 구비한 래비뉴타입 유성기어세트와;

상기 제1선기어의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 제1브레이크와;

상기 제2선기어의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 제2브레이크와;

상기 제1선기어와 캐리어 사이에 직렬로 연결된 제1클러치 및 제2클러치와;

상기 제1클러치와 제2클러치의 연결부와 상기 제1선기어 및 제2선기어에 각각 독립적으로 연결되는 3개의 동력원;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 하나의 래비뉴타입 유성기어세트를 이용하는 간단한 구성으로 하이브리드 차량의 기본적인 운전모드인 전기차모드와, 하이브리드모드인 복합분기모드 및 모터제너레이터가 선택적으로 동력 보조 또는 발전을 수행하며 엔진의 동력으로 일반 변속기의 변속단처럼 고정된 기어비로 운전되는 다수의 고정기어비모드 의 구현이 가능하여, 차량의 주행상황에 따른 고효율 운전이 가능하여, 보다 저렴한 비용으로 차량의 파워트레인을 구성하면서도 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 캐리어(C)와 링기어(R)가 일체화된 제1유성기어세트(PG1) 및 제2유성기어세트(PG2)와; 상기 제1유성기어세트와 제2유성기어세트의 서로 독립적인 회전요소에 각각 연결되는 제1모터제너레이터(MG1) 및 제2모터제너레이터(MG2)와; 상기 제1유성기어세트와 제2유성기어세트의 공통된 회전요소에 각각 연결되는 엔진(E/G) 및 출력요소(OUTPUT)와; 상기 제1모터제너레이터와 제2모터제너레이터의 회전을 각각 구속할 수 있도록 각각 구비된 제1브레이크(B1) 및 제2브레이크(B2)와; 상기 제1유성기어세트와 제2유성기어세트의 서로 독립적인 회전요소 및 공통된 회전요소에 상기 엔진이 연결되는 상태를 각각 단속할 수 있도록 구비된 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)는 상기 캐리어와 링기어가 일체화 되어 서로 공동으로 소유하는 구조로서, 실질적으로는 하나의 래비뉴타입 유성기어세트(PG)를 이룬다.

상기 제1모터제너레이터는 상기 제1유성기어세트의 제1선기어(S1)에 연결되 고, 상기 제2모터제너레이터는 상기 제2유성기어세트의 제2선기어(S2)에 연결되며, 상기 제1브레이크는 상기 제1모터제너레이터의 회전을 구속할 수 있도록 설치되고, 상기 제2브레이크는 상기 제2모터제너레이터의 회전을 구속할 수 있도록 설치된다.

여기서, 상기 제1모터제너레이터, 제2모터제너레이터, 제1브레이크 및 제2브레이크의 관계를 다른 시각으로 보면, 상기 제1선기어와 회전력을 주고 받는 제1모터제너레이터와 상기 제1선기어의 회전운동을 구속할 수 있도록 구비된 제1브레이크를 함께 제1구동유닛(U1)으로 명명할 수 있으며, 이에 대응하여, 상기 제2선기어와 회전력을 주고 받는 제2모터제너레이터와 상기 제2선기어의 회전운동을 구속할 수 있도록 구비된 제2브레이크를 제2구동유닛(U2)으로 이름 붙일 수 있다.

상기 제1클러치(C1)는 상기 엔진과 상기 제1유성기어세트의 제1선기어 사이의 연결상태를 단속할 수 있도록 설치되며, 상기 제2클러치(C2)는 상기 엔진과 상기 캐리어 사이의 연결상태를 단속할 수 있도록 설치되며, 상기 출력요소(OUTPUT)는 상기 링기어에 연결된다.

즉, 상기 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)는 상기 제1선기어(S1)와 캐리어(C) 사이에 직렬로 연결되고, 상기 제1클러치와 제2클러치의 연결부에 상기 엔진이 연결된 것으로 볼 수 있으며, 상기 출력요소(OUTPUT)는 상기 링기어(R)와 차량의 출력축을 연결하는 것이다.

도 2와 도 3을 참조하여, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명 하이브리드 차량의 파워트레인의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

레버번호 1로 표시된 동력분기모드(Power Split Mode)인 복합분기모드는 제2클러치(C2)만 체결되어, 엔진이 상기 캐리어에 연결되어 동력을 공급하며, 이때 제1모터제너레이터와 제2모터제너레이터가 함께 동력을 공급하여, 상기 엔진의 동력과 함께 하이브리드모드를 구현하게 된다.

여기서, 상기 제1모터제너레이터와 제2모터제너레이터가 상기 엔진이 연결되는 캐리어나 출력요소가 연결되는 링기어와는 직접 연결되지 않은 구조이므로 복합분기모드를 이루게 되며, 이 모드에서는 상기 제1모터제너레이터 또는 제2모터제너레이터의 속도가 0이 되고 최고의 효율을 형성하는 두 개의 미케니컬포인트를 구비하여, 상대적으로 넓은 변속비 영역에서 상대적으로 높은 효율로 차량을 구동할 수 있도록 한다.

레버번호 2의 전기차모드인 EV1모드에서는 상기 제1브레이크(B1)만을 체결하고 상기 제2모터제너레이터를 구동하여, 상기 제2모터제너레이터의 회전력이 감속되어 상기 링기어 및 출력요소를 통해 차량의 출력축으로 제공된다.

레버번호 3의 전기차모드인 EV2모드에서는 상기 제2브레이크(B2)만을 체결하고 상기 제1모터제너레이터를 구동하여, 상기 제1모터제너레이터의 회전력을 감속 하여 상기 링기어와 출력요소를 통해 차량을 구동하는 모드이다.

여기서, 상기 EV1모드와 EV2모드는 상기 제2모터제너레이터 또는 제1모터제너레이터의 회전방향을 전환함에 따라 각각 후진 모드를 구현할 수 있다.

레버번호 4의 고정기어비모드 UD1모드는 언더드라이브모드로서 상기 제2브레이크(B2)를 체결하고 상기 제2클러치(C2)를 체결하여, 상기 엔진의 동력은 상기 캐리어에 직결되고, 상기 제1모터제너레이터는 선택적으로 엔진의 동력을 보조하거나 발전기능을 수행하는 모드이다.

상기 4번 레버에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 제2모터제너레이터가 연결된 제2선기어는 상기 제2브레이크에 의해 고정되므로, 상기 엔진의 동력은 감속되어 상기 출력요소로 인출되는 일정한 고정기어비모드가 구현되는 것이다.

레버번호 5의 고정기어비모드 UD2모드는 언더드라이브모드로서 상기 제2브레이크(B2)와 제1클러치(C1)가 체결된 상태로서, 상기 엔진의 동력은 상기 제1선기어에 직결되고, 상기 제1모터제너레이터는 선택적으로 엔진의 동력을 보조하거나 발전기능을 수행하는 모드이다.

여기서, 상기 5번레버는 동일한 기어비를 형성하므로 상기 4번레버와 겹쳐져서 표시되었는데, 상기 제2모터제너레이터가 연결된 제2선기어가 상기 제2브레이크에 의해 고정된 상태이므로, 상기 제1선기어로 공급된 엔진의 동력은 감속되어 상기 출력요소로 인출된다.

레버번호 6의 고정기어비모드인 1:1모드는 상기 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)가 모두 체결된 상태로서, 상기 래비뉴타입 유성기어세트는 직렬로 연결된 상기 제1클러치와 제2클러치가 모두 체결됨에 의해 상기 제1선기어와 캐리어가 일체로 연결됨으로써, 결과적으로 모든 회전요소가 일체로 회전하는 상태가 되어, 상기 엔진의 동력이 상기 링기어를 통해 상기 출력요소로 그대로 인출되는 1:1의 변속비를 형성하게 되는 것이다.

레버번호 7의 OD모드는 오버드라이브모드로서, 상기 제1브레이크(B1)와 제2클러치(C2)만 체결된 상태이다.

즉, 상기 제1브레이크에 의해 상기 제1선기어가 고정된 상태에서, 상기 제2클러치를 통해 엔진의 동력이 상기 캐리어로 공급되어 증속되어 상기 출력요소로 인출되며, 상기 제2모터제너레이터는 엔진의 동력을 보조하거나 발전을 수행할 수 있는 모드이다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인을 도시한 도면,

도 2는 도 1의 파워트레인의 작동모드를 도시한 도표,

도 3은 도 1의 파워트레인이 도 2의 작동모드에 따라 구동되는 상태를 설명한 레버다이어그램이다.

Claims (9)

1. 캐리어와 링기어가 일체화된 제1유성기어세트 및 제2유성기어세트와;

   상기 제1유성기어세트와 제2유성기어세트의 서로 독립적인 회전요소에 각각 연결되는 제1모터제너레이터 및 제2모터제너레이터와;

   상기 제1유성기어세트와 제2유성기어세트의 공통된 회전요소에 각각 연결되는 엔진 및 출력요소와;

   상기 제1모터제너레이터와 제2모터제너레이터의 회전을 각각 구속할 수 있도록 각각 구비된 제1브레이크 및 제2브레이크와;

   상기 제1유성기어세트와 제2유성기어세트의 서로 독립적인 회전요소 및 공통된 회전요소에 상기 엔진이 연결되는 상태를 각각 단속할 수 있도록 구비된 제1클러치 및 제2클러치;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1모터제너레이터는 상기 제1유성기어세트의 제1선기어에 연결되고;

   상기 제2모터제너레이터는 상기 제2유성기어세트의 제2선기어에 연결되며;

   상기 제1브레이크는 상기 제1모터제너레이터의 회전을 구속할 수 있도록 설치되고;

   상기 제2브레이크는 상기 제2모터제너레이터의 회전을 구속할 수 있도록 설 치된 것

   을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제1클러치는 상기 엔진과 상기 제1유성기어세트의 제1선기어 사이의 연결상태를 단속할 수 있도록 설치되며;

   상기 제2클러치는 상기 엔진과 상기 캐리어 사이의 연결상태를 단속할 수 있도록 설치되며;

   상기 출력요소는 상기 링기어에 연결된 것

   을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
4. 제1선기어와 제2선기어를 각각 구비한 래비뉴타입 유성기어세트와;

   상기 제1선기어와 회전력을 주고 받고, 상기 제1선기어의 회전운동을 구속할 수 있도록 구비된 제1구동유닛과;

   상기 제2선기어와 회전력을 주고 받고, 상기 제2선기어의 회전운동을 구속할 수 있도록 구비된 제2구동유닛과;

   상기 래비뉴타입 유성기어세트의 서로 다른 두 회전요소에 선택적으로 연결되는 엔진과;

   상기 래비뉴타입 유성기어세트의 한 회전요소에 연결된 출력요소

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 제1구동유닛은 상기 제1선기어에 연결된 제1모터제너레이터와, 상기 제1선기어에 연결된 제1브레이크로 이루어지고;

   상기 제2구동유닛은 상기 제2선기어에 연결된 제2모터제너레이터와, 상기 제2선기어에 연결된 제2브레이크로 이루어진 것

   을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 엔진은 상기 래비뉴타입 유성기어세트의 제1선기어와 캐리어에 선택적으로 연결되고;

   상기 엔진과 상기 제1선기어 사이에는 제1클러치가 구비되며;

   상기 엔진과 상기 캐리어 사이에는 제2클러치가 구비된 것

   을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
7. 캐리어와 링기어 및 제1선기어와 제2선기어를 구비한 래비뉴타입 유성기어세트와;

   상기 제1선기어의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 제1브레이크와;

   상기 제2선기어의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 제2브레이크와;

   상기 제1선기어와 캐리어 사이에 직렬로 연결된 제1클러치 및 제2클러치와;

   상기 제1클러치와 제2클러치의 연결부와 상기 제1선기어 및 제2선기어에 각각 독립적으로 연결되는 3개의 동력원;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 동력원은

   상기 제1클러치와 제2클러치의 연결부에 연결되는 엔진과;

   상기 제1선기어에 연결되는 제1모터제너레이터와;

   상기 제2선기어에 연결되는 제2모터제너레이터;

   로 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 래비뉴타입 유성기어세트의 링기어에는 차량의 출력축에 연결되는 출력요소가 연결되는 것

   을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.

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