KR20120136641A - 하이브리드 차량의 동력전달장치 - Google Patents

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    • B60L50/16—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with provision for separate direct mechanical propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/61—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries by batteries charged by engine-driven generators, e.g. series hybrid electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/727—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path
    • F16H3/728—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path with means to change ratio in the mechanical gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
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    • F16H37/10—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing at both ends of intermediate shafts
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Abstract

하이브리드 차량의 동력전달장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치는 엔진의 동력이 입력되는 입력축; 3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소가 각각 상기 입력축과 제1모터/제너레이터와 직접 연결되는 제1유성기어세트; 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소가 상기 제1유성기어세트의 하나의 회전요소와 제2모터/제너레이터에 직접 연결되고, 다른 하나의 회전요소가 상기 제1유성기어세트의 다른 하나의 회전요소와 가변 연결되는 제2유성기어세트; 상기 제2유성기어세트의 회전요소 중, 상기 제1유성기어세트의 회전요소와 연결되지 않은 또 다른 하나의 회전요소와 연결되는 출력기어; 상기 제1유성기어세트의 다른 하나의 회전요소와 상기 제2유성기어세트의 다른 하나의 회전요소를 가변 연결하는 제1클러치; 상기 제1유성기어세트의 회전요소 중, 2개의 회전요소를 가변적으로 연결하는 제2클러치; 상기 제2유성기어세트의 회전요소 중, 상기 제1유성기어세트의 다른 하나의 회전요소와 가변 연결되는 다른 하나의 회전요소와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제1브레이크; 및 상기 제2모터/제너레이터와 연결되는 상기 제2유성기어세트의 하나의 회전요소와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제2브레이크를 포함한다.

Description

하이브리드 차량의 동력전달장치{POWER TRANSMISSION SYSTEM OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 동력전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2개의 이상의 동력분기 모드와 4개 이상의 고정 변속단 모드를 구현할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 동력전달장치에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 구동하는 차량이다.
이러한 하이브리드 차량은 통상적으로 엔진과 모터/제너레이터를 사용하는데, 저속에서는 상대적으로 저속토크특성이 좋은 모터/제너레이터를 주 동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크특성이 좋은 엔진을 주 동력원으로 사용한다.
이에 따라 하이브리드 차량은 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
그리고 상기와 같은 하이브리드 차량의 동력전달장치는 단일모드 방식과 다중모드 방식으로 분류된다.
상기 단일모드 방식은 변속제어를 위한 클러치 및 브레이크와 같은 토크전달기구가 필요하지 않다는 장점은 있으나, 고속 주행 시, 효율이 저하되어 연비가 낮고 대형 차량에 적용하기 위해서는 부가적인 토크 증배장치가 필요하다는 단점이 있다.
상기 다중모드 방식은 고속 주행 시, 효율이 높고, 자체적으로 토크 증배가 가능하도록 설계할 수 있어 중대형 차량에 적용이 가능하다는 장점이 있다.
이에 따라 최근에는 단일모드 방식보다는 다중모드 방식을 주로 채택하고 있으며, 그에 따른 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기 다중모드 방식의 동력전달장치는 복수의 유성기어세트, 모터 및 발전기로 사용되는 복수의 모터/제너레이터, 상기 유성기어세트의 회전요소를 제어할 수 있는 복수의 토크전달기구, 및 상기 모터/제너레이터의 동력원으로 사용되는 배터리 등을 포함하여 이루어진다.
이러한 다중모드 방식의 동력전달장치는 상기의 유성기어세트, 모터/제너레이터, 및 토크전달기구의 연결 구성에 따라 상이한 작동 메커니즘을 갖는다.
또한, 상기 다중모드 방식의 동력전달장치는 그 연결 구성에 따라 내구성, 동력전달효율, 크기 등이 달라지는 특성이 있기 때문에 하이브리드 차량의 동력전달장치 분야에서는 보다 견고하고, 동력손실이 적으며, 콤팩트한 동력전달장치를 구현하기 위한 연구 개발이 지속되고 있다.
본 발명의 실시 예는 1개의 EV 모드와 입력분기와 복합분기를 포함한 2개의 이상의 동력분기 모드 및 1개 이상의 토크전달기구의 조합에 의하여 4개 이상의 고정 변속단 모드를 구현할 수 있도록 구성한 하이브리드 차량의 동력전달장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진의 동력이 입력되는 입력축; 3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소가 각각 상기 입력축과 제1모터/제너레이터와 직접 연결되는 제1유성기어세트; 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소가 상기 제1유성기어세트의 하나의 회전요소와 제2모터/제너레이터에 직접 연결되고, 다른 하나의 회전요소가 상기 제1유성기어세트의 다른 하나의 회전요소와 가변 연결되는 제2유성기어세트; 상기 제2유성기어세트의 회전요소 중, 상기 제1유성기어세트의 회전요소와 연결되지 않은 또 다른 하나의 회전요소와 연결되는 출력기어; 상기 제1유성기어세트의 다른 하나의 회전요소와 상기 제2유성기어세트의 다른 하나의 회전요소를 가변 연결하는 제1클러치; 상기 제1유성기어세트의 회전요소 중, 2개의 회전요소를 가변적으로 연결하는 제2클러치; 상기 제2유성기어세트의 회전요소 중, 상기 제1유성기어세트의 다른 하나의 회전요소와 가변 연결되는 다른 하나의 회전요소와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제1브레이크; 및 상기 제2모터/제너레이터와 연결되는 상기 제2유성기어세트의 하나의 회전요소와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제2브레이크를 포함하는 하이브리드 차량의 동력전달장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1유성기어세트는 제1선기어, 제1유성캐리어, 제1링기어를 보유하는 더블 피니언 유성기어세트로서, 상기 제1선기어는 제2클러치를 통해 제1링기어와 가변 연결됨과 동시에, 상기 제2유성기어세트의 하나의 회전요소와 가변 연결되고, 상기 제1유성캐리어는 제2모터/제너레이터와 연결됨과 동시에, 제2브레이크를 통해 변속기 하우징과 가변 연결되며, 상기 제2유성기어세트의 하나의 회전요소와 직접 연결되며, 상기 제1링기어는 입력축과 직접 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2유성기어세트는 제2선기어, 제2유성캐리어, 제2링기어를 보유하는 더블 피니언 유성기어세트로서, 상기 제2선기어는 상기 제1유성기어세트의 제1유성캐리어와 직접 연결됨과 동시에, 상기 제2모터/제너레이터와 연결되며, 제2브레이크를 통해 변속기 하우징과 가변 연결되고, 상기 제2유성캐리어는 상기 제1유성기어세트의 제1선기어와 제1클러치를 통하여 연결됨과 동시에, 제1브레이크를 통하여 변속기 하우징과 가변 연결되며, 상기 제2링기어는 출력기어와 연결될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 제1선기어, 제1유성캐리어, 제1링기어를 보유하는 제1유성기어세트; 제2선기어, 제2유성캐리어, 제2링기어를 보유하는 제2유성기어세트; 모터와 발전기로 작동하는 제1, 제2모터/제너레이터; 제1, 제2클러치와 제1, 제2브레이크로 이루어지는 토크전달기구를 포함하여 이루어지되, 상기 제1선기어는 제2유성캐리어와 가변 연결됨과 동시에, 상기 제1모터/제너레이터와 연결되고, 상기 제1유성캐리어는 제2선기어와 직접 연결됨과 동시에, 상기 제2모터/제너레이터와 연결되고, 제2브레이크를 통하여 변속기 하우징과 가변 연결되며, 상기 제1링기어는 입력축과 직접 연결됨과 동시에, 상기 제2클러치를 통하여 상기 제1선기어와 가변 연결되며, 상기 제2유성캐리어는 상기 제1브레이크를 통하여 변속기 하우징과 가변 연결되고, 상기 제2링기어는 출력기어와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1유성기어세트와 제2유성기어세트는 더블 피니언 유성기어세트로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 토크전달기구는 EV 모드에서 제1브레이크가 작동되고, 입력분기 모드에서 제1브레이크가 작동되고, 복합분기 모드에서 제1클러치가 작동되고, 고정 1속 모드에서 제2클러치와 제1브레이크가 동시 작동되고, 고정 2속 모드에서 제1클러치와 제1브레이크가 동시 작동되고, 고정 3속 모드에서 제1클러치와 제2클러치가 동시 작동되고, 고정 4속 모드에서 제1클러치와 제2브레이크가 동시 작동될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 일반 변속기의 변속단처럼 고정된 기어비로 운전되는 방식이 결합된 다중모드 운전이 가능하도록 함과 동시에, 차량의 전 변속비 범위에서 고효율 운전이 가능하여 연비 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치에 적용되는 토크전달기구의 각 작동모드별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치를 간략하게 도시한 연결 관계도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 EV1 모드 및 입력분기 모드에서의 레버 해석도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 복합분기 모드에서의 레버 해석도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 고정 1속 모드에서의 레버 해석도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 고정 2속 모드에서의 레버 해석도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 고정 3속 모드에서의 레버 해석도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 고정 4속 모드에서의 레버 해석도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 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 적용하여 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 하이브리드 차량의 동력전달장치에 대한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치는 동력원인 엔진(ENG)의 동력을 입력축(IS)을 통해 전달받아 차량의 주행상태에 따라 변속하여 출력기어(OG)를 통해 출력하게 된다.
상기 동력전달장치는 제1, 제2유성기어세트(PG1)(PG2), 제1, 제2모터/제너레이터(MG1)(MG2), 제1, 제2클러치(CL1)(CL2), 제1, 제2브레이크(BK1)(BK2)로 이루어지는 토크전달기구를 포함한다.
상기 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)는 각 하나씩의 회전요소가 상호 직접 연결되고, 다른 하나씩의 회전요소가 상호 선택적으로 연결되어 하나의 복합 유성기어세트로 작동된다.
상기 제1모터/제너레이터(MG1)와 제2모터/제너레이터(MG2)는 각각 독립적인 동력원으로서, 공지와 같이 모터와 제너레이터 기능을 갖는다.
상기 제1모터/제너레이터(MG1)는 상기 제1유성기어세트(PG1)의 회전요소 중 제2유성기어세트(PG2)의 하나의 회전요소와 가변 연결되는 회전요소와 연결되어 회전동력을 공급하는 모터로 작동하거나, 상기 회전요소의 회전력에 의하여 회전하면서 전기를 생성하는 발전기 역할을 수행한다.
상기 제2모터/제너레이터(MG2)는 상기 제2유성기어세트(PG2)의 회전요소 중 상기 제1유성기어세트(PG1)의 회전요소와 직접 연결된 회전요소와 연결되어 회전동력을 공급하는 모터로 작동하거나, 상기 회전요소의 회전력에 의하여 회전하면서 전기를 생성하는 발전기 역할을 수행한다.
이를 위하여 상기 제1모터/제너레이터(MG1)와 제2모터/제너레이터(MG2)는 고정자가 변속기 하우징(H)에 고정되고, 회전자가 각각 상기 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)의 하나의 회전요소와 연결된다.
상기 토크전달기구인 제1클러치(CL1)는 상기 제1유성기어세트(PG1)의 하나의 회전요소와 제2유성기어세트(PG2)의 하나의 회전요소를 선택적으로 연결하고, 상기 제2클러치(CL2)는 상기 제1유성기어세트(PG1)의 3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소를 선택적으로 연결한다.
상기 토크전달기구인 제1브레이크(BK1)는 상기 제2유성기어세트(PG2)의 회전요소 중, 제1유성기어세트(PG1)의 하나의 회전요소와 변속기 하우징(H)을 가변 연결하여 상기 회전요소가 선택적인 고정요소로 작동하도록 한다.
상기 토크 전달기구인 제2브레이크(BK2)는 상기 제2모터/제너레이터(MG2)와 병렬 배치되어 상기 제2모터/제너레이터(MG2)와 연결된 회전요소가 선택적인 고정요소로 작동하도록 한다.
그리고 상기와 같이 구성되는 제1, 제2유성기어세트(PG1)(PG2)와 상기 제1, 제2모터/제너레이터(MG1)(MG2)는 동축 상으로 배치된다.
상기에서 토크전달기구인 제1, 제2클러치(CL1)(CL2)와 제1, 제2브레이크(BK1)(BK2)는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있다.
상기에서 토크전달기구를 형성하는 클러치는 회전체와 회전체를 선택적으로 연결하는 마찰부재이며, 브레이크는 회전체와 비회전체(고정체)를 선택적으로 연결하는 공지의 마찰부재이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 동력전달장치를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 제1유성기어세트(PG1)는 더블 피니언 유성기어세트로서, 제1선기어(S1), 제1유성캐리어(PC1), 제1링기어(R1)로 이루어지는 3개의 회전요소를 포함한다.
상기에서 제1유성캐리어(PC1)는 제1선기어(S1)와 제1링기어(R1) 사이에서 2개를 한 쌍으로 하여 원주방향 등간격으로 다수 개소에 기어 결합되는 제1피니언(P1)들을 회전 가능하게 지지한다.
상기 제2유성기어세트(PG2)는 더블 피니언 유성기어세트로서, 제2선기어(S2), 제2유성캐리어(PC2), 제2링기어(R2)로 이루어지는 3개의 회전요소를 포함한다.
상기에서 제2유성캐리어(PC2)는 제2선기어(S2)와 제2링기어(R2) 사이에서 2개를 한 쌍으로 하여 원주방향 등간격으로 다수개소에 기어 결합되는 제2피니언(P2)들을 회전 가능하게 지지한다.
상기 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)는 제1유성캐리어(PC1)와 제2선기어(S2)가 직접 연결되고, 제1선기어(S1)와 제2유성캐리어(PC2)가 가변 연결된다.
또한, 제1링기어(R1)가 입력부재인 입력축(IS)과 연결되고, 제2링기어(R2)가 출력부재인 출력기어(OG)와 직접 연결된다.
상기 제1모터/제너레이터(MG1)는 상기 제1유성기어세트(PG1)의 제1선기어(S1)와 직접 연결됨과 동시에, 상기 제2유성기어세트(PG2)의 제2유성캐리어(PC2)와 가변 연결되어 상기 제1선기어(S1)와 제2유성캐리어(PC2)를 동시에 구동시키거나 제1선기어(S1)만을 구동시키며, 발전기로도 작동한다.
상기 제2모터/제너레이터(MG2)는 상기 제1유성기어세트(PG1)의 제1유성캐리어(PC1)와 제2유성기어세트(PG2)의 제2선기어(S2)에 직접 연결되어 상기 제1유성캐리어(PC1) 및 제2선기어(S2)를 동시에 구동시키거나, 발전기로 작동한다.
상기 제1클러치(CL1)는 제1유성기어세트(PG1)의 제1선기어(S1)와 제2유성기어세트(PG2)의 제2유성캐리어(PC2) 사이에 배치되어 상기 제1선기어(S1)와 제2유성캐리어(PC2)를 선택적으로 연결한다.
상기 제2클러치(CL2)는 제1유성기어세트(PG1)의 제1선기어(S1)와 제1링기어(R1) 사이에 배치되어 선택적으로 상기 제1유성기어세트(PG1)를 록킹시켜 하나의 회전체로 작동하도록 한다.
상기 제1브레이크(BK1)는 제2유성기어세트(PG2)의 제2유성캐리어(PC2)와 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 상기 제2유성캐리어(PC2)가 선택적인 고정요소로 작동하도록 한다.
상기 제2브레이크(BK2)는 상기 제2모터/제너레이터(MG2)와 병렬 배치되어 상기 제1유성기어세트(PG1)의 상기 제1유성캐리어(PC1) 및 제2유성기어세트(PG2)의 제2선기어(S2)가 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치에 적용되는 토크전달기구의 각 작동모드별 작동표이다.
도 2를 참조하여 각 변속단별 토크전달기구의 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.
EV 모드는 제1브레이크(BK1)의 작동에 의하여 달성된다.
입력분기 모드는 제1브레이크(BK1)의 작동에 의하여 달성된다.
복합분기 모드는 제1클러치(CL1)의 작동에 의하여 달성된다.
고정 1속 모드는 제2클러치(CL2)와 제1브레이크(B1)의 동시 작동에 의하여 달성된다.
고정 2속 모드는 제1클러치(CL1)와 제1브레이크(BK1)의 동시 작동에 의하여 달성된다.
고정 3속 모드는 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2)의 동시 작동에 의하여 달성된다.
고정 4속 모드는 제1클러치(CL1)와 제2브레이크(BK2)의 동시 작동에 의하여 달성된다.
상기에서와 같이 본 발명에 따른 동력전달장치는 1개의 EV 모드와 2개의 동력분기 모드, 및 4개의 고정 변속모드를 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치를 간략하게 도시한 연결 관계도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 EV 모드 및 입력분기 모드에서의 레버 해석도이다.
도 3과 도 4를 참조하면, EV 모드에서는 제1브레이크(BK1)가 작동된다.
그러면, 엔진(ENG)은 작동 정지된 상태를 유지하고, 상기 제1유성기어세트(PG1)는 변속에 전혀 관계하지 않으며, 제2유성기어세트(PG2)에 의한 3개의 회전요소로 변속이 이루어진다.
즉, 제2모터/제너레이터(MG2)가 작동하면서 제2선기어(S2)로 입력이 이루어지는 상태에서 제1브레이크(BK1)의 작동에 의하여 제2유성캐리어(PC2)가 고정요소로 작동하면서 출력요소인 제2링기어(R2)를 통해 감속 출력이 이루어진다.
그리고 제1유성기어세트(PG1)에서는 제1유성캐리어(PC1)로 입력이 이루어지는 상태에서 엔진(ENG)이 정지하고 있는 상태이므로 제1링기어(R1)가 고정요소로 작동하면서 제1선기어(S1)와 연결되어 있는 제1모터/제너레이터(MG1)는 역회전한다.
이때, 제1모터/제너레이터(MG1)의 회전 제어로 엔진이 구동되면 입력분기 모드를 이루게 된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 복합분기 모드에서의 레버 해석도이다.
도 3과 도 5를 참조하면, 복합분기 모드에서는 상기 제1클러치(CL1)가 작동 제어되므로 4개의 회전요소로 작동하게 되며, 이의 상태에서는 제1모터/제너레이터(MG1)와 제2모터/제너레이터(MG2)가 모두 유성기어세트의 회전요소를 통하여 상기 엔진(ENG) 또는 출력기어(OG)와 연결되고 서로 직결되지 않는 모드이다.
이에 따라 엔진(ENG)과 제1모터/제너레이터(MG1) 및 제2모터/제너레이터(MG2)는 모두 구동력을 발생시킬 수 있고, 어느 하나가 다른 것에 동력을 공급하여 발전이 이루어질 수 있도록 할 수 있으며, 이들 속도를 적절히 제어하여 차량에서 필요로 하는 전 범위의 변속비를 연속적으로 가변시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 고정 1속 모드에서의 레버 해석도이다.
도 3과 도 6을 참조하면, 고정 1속 모드에서는 제2클러치(CL2)와 제1브레이크(BK1)가 작동 제어된다.
그러면 제1유성기어세트(PG1)는 제2클러치(CL2)의 작동에 의하여 직결의 상태가 되므로 제2유성기어세트(PG2)에 의한 3개의 회전요소로 작동하게 된다.
상기의 상태에서 엔진(ENG)의 회전동력이 상기 제1유성기어세트(PG1)를 통해 제2유성기어세트(PG2)의 제2선기어(S2)로 입력이 이루어지고, 상기 제1브레이크(B1)의 작동으로 제2유성캐리어(PC2)가 고정요소로 작동하면서 일정한 변속비로 감속 출력이 이루어지면서 고정 1속의 변속단을 실현한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 고정 2속 모드에서의 레버 해석도이다.
도 3과 도 7을 참조하면, 고정 2속 모드에서는 제1클러치(CL1)와 제1브레이크(BK1)가 작동 제어된다.
그러면, 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)는 제1클러치(CL1)의 작동에 의하여 4개의 회전요소로 작동하게 된다.
상기의 상태에서 엔진(ENG)의 회전동력이 상기 제1유성기어세트(PG1)를 통해 제2유성기어세트(PG2)의 제2선기어(S2)로 입력이 이루어지고, 상기 제1브레이크(B1)의 작동으로 제1선기어(S1)와 제2유성캐리어(PC2)가 고정요소로 작동하면서 상기 고정 1속 모드의 감속비 보다는 작은 감속비로 감속 출력이 이루어지면서 고정 2속의 변속단을 실현한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 고정 3속 모드에서의 레버 해석도이다.
도 3과 도 8을 참조하면, 고정 3속 모드에서는 상기 고정 2속 모드에서 작동하던 제1브레이크(BK1)의 작동이 해제되고, 제2클러치(CL2)가 작동 제어된다.
그러면 제1유성기어세트(PG1)는 상기 고정 1속 모드와 마찬가지로 제2클러치(CL2)의 작동에 의하여 직결의 상태가 되므로 제2유성기어세트(PG2)에 의한 3개의 회전요소로 작동된다.
상기의 상태에서 엔진(ENG)의 회전동력이 상기 제1유성기어세트(PG1)를 통해 제2유성기어세트(PG2)의 제2선기어(S2)와 제2유성캐리어(PC2)로 입력된다.
이에 따라 상기 제2유성기어세트(PG2)는 직결의 상태가 되어 입력 그대로를 출력(1:1)하여 고정 3속의 변속단을 실현하게 된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치의 고정 4속 모드에서의 레버 해석도이다.
도 3과 도 9를 참조하면, 고정 4속 모드에서는 상기 고정 3속의 상태에서 작동하던 제2클러치(CL2)의 작동을 해제하고, 제2브레이크(BK2)를 작동 제어한다.
그러면, 상기 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)는 상기 제1클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1선기어(S1)와 제2유성캐리어(PC2)가 연결되어 4개의 회전요소로 작동하게 된다.
상기 상태에서 엔진(ENG)의 회전동력이 제1링기어(R1)로 입력되면서 제1유성캐리어(PC1)와 제2선기어(S2)가 제2브레이크(BK2)의 작동으로 고정요소로 작동하게 되는 바, 일정한 변속비로 증속이 되어 출력된다. 즉 고정 기어비 오버드라이브 주행이 이루어진다.
상기에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 1개의 EV 모드, 입력분기와 복합분기를 포함한 2개의 이상의 동력분기 모드, 및 1개 이상의 토크전달기구의 조합에 의하여 4개 이상의 고정 변속단 모드를 구현할 수 있다.
이에 따라 일반 변속기의 변속단처럼 고정된 기어비로 운전되는 방식이 결합된 다중모드 운전이 가능하도록 함과 동시에, 차량의 전 변속비 범위에서 고효율 운전이 가능하며 연비 성능을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
BK1,BK2 ... 제1, 제2브레이크
CL1,CL2 ... 제1, 제2클러치
IS... 입력축
MG1, MG2 ... 제1, 제2모터/제너레이터
PG1,PG2 ... 제1, 제2, 유성기어세트
S1,S2 ... 제1, 제2선기어
PC1,PC2 ... 제1, 제2유성캐리어
R1,R2 ... 제1, 제2링기어
OG... 출력기어

Claims (6)

  1. 엔진의 동력이 입력되는 입력축;
    3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소가 각각 상기 입력축과 제1모터/제너레이터와 직접 연결되는 제1유성기어세트;
    3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소가 상기 제1유성기어세트의 하나의 회전요소와 제2모터/제너레이터에 직접 연결되고, 다른 하나의 회전요소가 상기 제1유성기어세트의 다른 하나의 회전요소와 가변 연결되는 제2유성기어세트;
    상기 제2유성기어세트의 회전요소 중, 상기 제1유성기어세트의 회전요소와 연결되지 않은 또 다른 하나의 회전요소와 연결되는 출력기어;
    상기 제1유성기어세트의 다른 하나의 회전요소와 상기 제2유성기어세트의 다른 하나의 회전요소를 가변 연결하는 제1클러치;
    상기 제1유성기어세트의 회전요소 중, 2개의 회전요소를 가변적으로 연결하는 제2클러치;
    상기 제2유성기어세트의 회전요소 중, 상기 제1유성기어세트의 다른 하나의 회전요소와 가변 연결되는 다른 하나의 회전요소와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제1브레이크; 및
    상기 제2모터/제너레이터와 연결되는 상기 제2유성기어세트의 하나의 회전요소와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제2브레이크를 포함하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1유성기어세트는 제1선기어, 제1유성캐리어, 제1링기어를 보유하는 더블 피니언 유성기어세트로서,
    상기 제1선기어는 제2클러치를 통해 제1링기어와 가변 연결됨과 동시에, 상기 제2유성기어세트의 하나의 회전요소와 가변 연결되고,
    상기 제1유성캐리어는 제2모터/제너레이터와 연결됨과 동시에, 제2브레이크를 통해 변속기 하우징과 가변 연결되며, 상기 제2유성기어세트의 하나의 회전요소와 직접 연결되며,
    상기 제1링기어는 입력축과 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2유성기어세트는 제2선기어, 제2유성캐리어, 제2링기어를 보유하는 더블 피니언 유성기어세트로서,
    상기 제2선기어는 상기 제1유성기어세트의 제1유성캐리어와 직접 연결됨과 동시에, 상기 제2모터/제너레이터와 연결되며, 제2브레이크를 통해 변속기 하우징과 가변 연결되고,
    상기 제2유성캐리어는 상기 제1유성기어세트의 제1선기어와 제1클러치를 통하여 연결됨과 동시에, 제1브레이크를 통하여 변속기 하우징과 가변 연결되며,
    상기 제2링기어는 출력기어와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  4. 제1선기어, 제1유성캐리어, 제1링기어를 보유하는 제1유성기어세트;
    제2선기어, 제2유성캐리어, 제2링기어를 보유하는 제2유성기어세트;
    모터와 발전기로 작동하는 제1, 제2모터/제너레이터;
    제1, 제2클러치와 제1, 제2브레이크로 이루어지는 토크전달기구를 포함하여 이루어지되,
    상기 제1선기어는 제2유성캐리어와 가변 연결됨과 동시에, 상기 제1모터/제너레이터와 연결되고,
    상기 제1유성캐리어는 제2선기어와 직접 연결됨과 동시에, 상기 제2모터/제너레이터와 연결되고, 제2브레이크를 통하여 변속기 하우징과 가변 연결되며,
    상기 제1링기어는 입력축과 직접 연결됨과 동시에, 상기 제2클러치를 통하여 상기 제1선기어와 가변 연결되며,
    상기 제2유성캐리어는 상기 제1브레이크를 통하여 변속기 하우징과 가변 연결되고,
    상기 제2링기어는 출력기어와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1유성기어세트와 제2유성기어세트는 더블 피니언 유성기어세트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 토크전달기구는 EV 모드에서 제1브레이크가 작동되고,
    입력분기 모드에서 제1브레이크가 작동되고,
    복합분기 모드에서 제1클러치가 작동되고,
    고정 1속 모드에서 제2클러치와 제1브레이크가 동시 작동되고,
    고정 2속 모드에서 제1클러치와 제1브레이크가 동시 작동되고,
    고정 3속 모드에서 제1클러치와 제2클러치가 동시 작동되고,
    고정 4속 모드에서 제1클러치와 제2브레이크가 동시 작동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
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