KR20150023813A - 차량용 구동 장치, 그러한 구동 장치를 포함하는 차량 및 그러한 구동 장치를 제어하는 방법 - Google Patents

차량용 구동 장치, 그러한 구동 장치를 포함하는 차량 및 그러한 구동 장치를 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 차량용 구동 장치로, 구동 장치(2)는 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14), 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27), 스테이터(24) 및 로터(26)를 포함하는 전기 기계(6), 가동 요소(18, 20, 22)를 포함하는 유성 기어(10), 및 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)가 유성 기어(10)를 통해 서로 다른 속도로 회전할 수 있도록 하는 제1 위치와 잠금 기구(38)가 유성 기어(10)를 통해 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)를 견고하게 연결하는 제2 위치 사이에서 이동할 수 있는 잠금 기구(38)를 포함하는, 차량용 구동 장치에 관한 것이다. 상기 잠금 기구(38)는 제1 스플라인(41)이 제공되어 있는 슬리브(40)를 포함하되, 상기 슬리브(40)는, 제1 위치에서, 유성 기어(10)의 제1 가동 부품(18, 20, 22) 상의 제2 스플라인(43)과 계합하고, 제2 위치에서, 유성 기어(10)의 제2 가동 부품(18, 20, 22) 상의 제3 스플라인(45)과 또한 계합하며, 상기 제1 가동 부품(18, 20, 22)은 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)에 연결되고, 상기 제2 가동 부품(18, 20, 22)은 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)에 연결된다. 본 발명은, 또한 그러한 구동 장치를 포함하는 차량, 및 그러한 구동 장치를 제어하는 방법에 관한 것이다.

Description

차량용 구동 장치, 그러한 구동 장치를 포함하는 차량 및 그러한 구동 장치를 제어하는 방법{DRIVE ARRANGEMENT FOR A VEHICLE, VEHICLE INCLUDING SUCH A DRIVE ARRANGEMENT AND METHOD FOR CONTROLLING SUCH A DRIVE ARRANGEMENT}
본 발명은 청구항 1에 따른 차량용 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 청구항 13의 전제부에 따르는 그러한 구동 장치를 포함하는 차량과, 청구항 14의 전제부에 따르는 그러한 구동 장치를 제어하는 방법에도 관한 것이다.
하이브리드 차량은 내연 기관과 같은 주모터에 의해, 그리고 전기 기계와 같은 부모터에 의해 구동될 수 있다. 전기 기계에는 전기 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 배터리와 상기 배터리와 전기 기계 사이에서 전기 에너지의 흐름을 제어하는 제어 설비가 장착될 수 있다. 이렇게 전기 기계는 차량의 작동 상태에 따라 모터 및 제너레이터로 작동할 수 있다. 차량이 제동될 때, 상기 전기 기계는 전기 에너지를 발생시킨 후 이를 저장한다. 저장된 전기 에너지는 후에 예컨대 차량을 구동하는 데에 사용될 수 있다.
트랜스미션을 변속하는 중에 내연 기관으로부터 트랜스미션 입력 샤프트를 분리시키는 통상적인 클러치 기구를 사용하면, 클러치 기구의 디스크에 열이 발생하거나, 연료 소모량이 증가하며 클러치 디스크가 마모되는 등의 문제가 발생한다. 통상적인 클러치 기구는 상당히 무겁고 고가이다. 또한, 통상적인 클러치 기구는 차량 내에서 상당히 넓은 공간을 차지한다.
내연 기관의 출력 샤프트, 전기 기계 모터와 유성 기어를 구비하는 트랜스미션 입력 샤프트를 연결함으로써, 통상적인 클러치 기구를 사용하지 않을 수 있다. 차량을 가속할 때에, 내연 기관과 전기 기계에 의해 증가된 토크가 트랜스미션과 차량 구동 휠 상에 전달되어야 한다. 내연 기관과 전기 기계 모두는 유성 기어에 연결되어 있기 때문에, 내연 기관과 전기 기계에 의해 전달되는 최대 토크는 제2 구동 유닛의 최대 토크보다 낮은 최대 토크를 가지는 이들 구동 유닛에 의해 제한될 것이다. 전기 기계의 최대 토크가 내연 기관의 최대 토크보다 낮은 경우, 전기 기계는 유성 기어에 대해 충분한 반응 토크를 발생시키지 못하며, 내연 기관은 내연 기관의 최대 토크를 트랜스미션과 차동 구동휠 상에 전달할 수 없게 된다. 이에 따라, 트랜스미션에 전달되는 최대 토크는 전기 기계의 파워로 제한된다. 특히, 차량을 강력하게 가속할 필요가 있으며, 전기 기계가 충분한 반응 토크를 발생시키지 못할 때, 전기 기계 내에 바람직하지 않은 방식으로 열이 발생될 것이다.
문헌 US-A1-2003/0078127호는 유성 기어에 연결되어 있는, 내연 기관과 전기 기계를 구비하는 차량용 구동 시스템을 기재하고 있다. 유성 기어의 유성휠 캐리어는 트랜스미션의 입력 샤프트에 연결되어 있다. 유성 기어의 유성휠 캐리어와 썬휠은, 전기 모터와 트랜스미션 입력 샤프트가 견고한 회전 유닛으로 회전될 수 있도록, 슬리브에 의해 견고하게 연결될 수 있다.
차량에서, 구동 장치를 설치하기 위한 공간은 한정되어 있다. 구동 장치가 내연 기관, 전기 기계, 트랜스미션 및 유성 기어와 같은 부품들을 다수 포함하는 경우라면, 디자인이 컴팩트하게 될 필요가 있다. 이러한 이유로, 전기 기계의 크기는 소형일 필요가 있으며, 이는 전기 기계 파워와 발생되는 최대 토크가 제한된다는 것을 의미한다.
또한 구동 장치 내에 포함되는 부품들의 신뢰도와 신인성(dependability)은 높을 필요가 있다.
본 발명의 목적은 컴팩트한 디자인의 차량용 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 신뢰도 및 신인성이 높은 차량용 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 경량의 차량용 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 생산비가 저렴한 차량용 구동 장치를 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적들은 청구항 1의 특징부에 기재되어 있는 구성을 특징으로 하는, 전술한 유형의 구동 장치에 의해 달성된다.
이러한 본 발명의 목적들은 청구항 13의 특징부에 기재되어 있는 구성을 특징으로 하는, 전술한 유형의 구동 장치를 포함하는 차량에 의해 달성된다.
이러한 본 발명의 목적들은 청구항 14의 특징부에 기재되어 있는 구성을 특징으로 하는 전술한 유형의 구동 장치를 제어하는 방법에 의해 달성된다.
잠금 기구(locking mechanism)를 사용하여 유성 기어를 통해 엔진 출력 샤프트를 트랜스미션 입력 샤프트에 견고하게 연결함으로써, 전기 기계의 크기와 파워를 제한하면서도, 차량을 소망하는 대로 가속할 수 있게 되며, 이에 따라 제한된 크기의 컴팩트한 구동 장치를 얻을 수 있게 된다. 이에 따라, 전기 기계가 발생시킬 수 있는 최대 토크는 내연 기관이 발생할 수 있는 최대 토크보다 작게 된다. 본 발명에 따르면, 슬리브가 유성 기어의 제1 및 제2 가동 부품 상에 형성되어 있는 제2 및 제3 스플라인과 계합되도록 설계된 제1 스플라인을 포함함으로써, 디자인이 컴팩트해지고, 신뢰성 및 신인성이 높아지며 무게는 가벼워지고 제조 비용은 저렴한 구동 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 가동 부품은 유성휠 캐리어이고, 다른 가동 부품은 썬휠이다. 이에 따라, 연소 엔진에서 나온 파워는 슬리브가 제2 위치에 있을 때, 썬휠, 슬리브, 유성휠 캐리어 및 트랜스미션 상으로 통과되며, 이에 따라 유성휠은 아무런 토크를 받지 않게 된다. 이는 유성휠의 크기가 엔진 토크 대신에 전기 기계 토크만에 적합하게 될 수 있다는 것을 의미하며, 결국 유성휠이 좀 더 작은 크기로 구성될 수 있도록 함을 의미한다. 이에 따라, 컴팩트한 디자인, 경량 및 제조 비용이 저렴한, 본 발명에 따른 구동 장치가 제공된다.
다른 실시형태에 따르면, 잠금 기구는 유성휠 캐리어를 실질적으로 동심원적으로 둘러싸는 환상의 슬리브로 구성된다. 이에 따라, 슬리브의 중량이 감소되고, 구동 장치의 제조 비용이 감소되고 중량이 줄어들게 된다.
다른 실시형태에 따르면, 슬리브는, 트랜스미션 입력 샤프트 또는 엔진 출력 샤프트를 실질적으로 동심원적으로 둘러싸는 파워 요소에 의해 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동된다. 이에 따라, 디자인이 컴팩트하고, 경량이며 제조 비용이 저렴하게 된다.
다른 실시형태에 따르면, 슬리브와 파워 요소 사이에 베어링이 배치되며, 이 베어링은 슬리브가 파워 요소에 대해 상대적으로 회전하도록 한다. 이에 따라, 파워 요소가 회전될 필요는 없게 되며, 이로 인해 파워 요소의 디자인이 간소해 질 수 있게 된다. 이에 따라, 구동 장치의 신뢰도와 신인성이 증가할 수 있게 된다.
다른 실시형태에 따르면, 슬리브를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키도록 적어도 하나의 스프링이 배치된다. 상기 스프링은 파워 요소와 별개로 작동하거나 상기 파워 요소와 상호 작용하여 슬리브를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 파워 요소의 디자인이 간소화될 수 있으며, 구동 장치의 신뢰도와 신인성이 증가될 수 있게 된다. 스프링은 슬리브를 제2 위치로 이동시켜, 파워 요소가 고장나더라도 차량이 동작될 수 있도록 한다.
유성 기어는 일반적으로 서로에 대해 회전가능하게 배치되는 소위 썬휠, 유성휠 캐리어 및 링기어의 3개의 부품을 포함한다. 썬휠과 링기어의 톱니 수를 알고 있으면, 유성 기어가 작동하는 중에 3개 부품들의 상대 속도를 조절할 수 있게 된다. 본 발명에 따르면, 유성 기어의 부품 중 하나의 부품이 내연 기관의 출력 샤프트에 연결되어 있다. 이렇게 내연 기관의 출력 샤프트에 연결되어 있는 유성 기어의 부품은 내연 기관의 출력 샤프트의 속도에 상응하는 속도로 회전하게 된다. 유성 기어의 제2 부품은 트랜스미션의 입력 샤프트에 연결되어 있다. 이렇게 트랜스미션의 입력 샤프트에 연결되어 있는 유성 기어의 제2 부품은 트랜스미션의 입력 샤프트와 동일한 속도로 회전한다. 유성 기어의 제3 부품은 전기 기계의 로터에 연결되어 있다. 유성 기어의 제3 부품과 전기 기계의 로터가 직접 연결되어 있다면, 유성 기어의 제3 부품은 전기 기계의 로터와 동일한 속도로 회전한다. 대안적으로, 전기 기계는 트랜스미션 비(ratio)로 유성 기어의 제3 요소에 연결될 수 있다. 이 경우, 전기 기계와 유성 기어의 제3 요소는 서로 다른 속도로 회전한다. 전기 기계의 속도는 연속적으로 조절될 수 있다. 작동하는 중에, 트랜스미션 입력 샤프트에 소망하는 속도가 지정되면, 내연 기관의 속도를 알고 있는 제어 유닛은 트랜스미션 입력 샤프트가 소망하는 속도로 회전하기 위해 제3 부품이 회전해야 하는 속도를 계산한다. 제어 유닛은 제3 부품이 계산된 속도로 회전하도록 전기 기계를 작동시켜, 이에 따라 트랜스미션 입력 샤프트가 소망하는 속도로 회전되도록 한다.
본 발명에 의해 얻어지는 또 다른 이점은 이하에 기재되어 있는 발명의 상세한 설명에 나타나 있다.
이하에서, 일 실시예로 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 구동 장치를 포함하는 차량의 측면도이다.
도 2는 잠금 기구가 제1 위치에 있는, 본 발명에 따른 구동 장치의 단면도이다.
도 3은 잠금 기구가 제2 위치에 있는, 본 발명에 따른 구동 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 구동 장치를 제어하는 방법과 관련된 흐름도이다.
도 1은 본 발명에 따른 구동 장치(2)를 포함하는 차량(1)의 측면도이다. 내연 기관(4)이 유성 기어(10)를 통해 전기 기계(6)와 트랜스미션(8)에 연결된다. 트랜스미션(8)은 차량(1)의 구동휠(12)에 추가로 연결되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 구동 장치(2)의 단면도이다. 유성 기어(10)는 썬휠(18), 링기어(20) 및 유성휠 캐리어(22) 형태의 가동형 부품들을 포함한다. 도시되어 있는 실시형태에 따르면, 썬휠(18)은 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)에 연결되어 합착 유닛(coherent unit)을 형성한다. 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)를 링기어(20)나 유성휠 캐리어(22)에 연결할 수도 있다.
전기 기계(6)는 스테이터(24) 및 로터(26)를 포함한다. 스테이터(24)는 차량(1)에 견고하게 연결되어 있으므로 회전하지 않는다. 로터(26)는 유성 기어(10)의 링기어(20)에 연결되어 있으며, 이에 따라 스테이터(24)에 대해 상대적으로 회전할 수 있다. 도시되어 있는 실시형태에 따르면, 전기 기계(6)의 로터(26)와 링기어(20)는 통합 유닛(integral unit)을 형성한다. 링기어(20)와 로터(26)는 별개의 유닛으로 구성될 수 있으며, 이들은 서로 연결되어 있다.
트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)는 유성휠 캐리어(22)에 연결되어 있으며, 유성휠 캐리어는 유성휠(28)로 불리는 일련의 기어를 포함한다. 이들은 예를 들어 롤러 베어링(36)에 의해 유성휠 캐리어(22) 상에 장착된다. 도시되어 있는 실시형태에서, 썬휠(18)도 롤러 베어링(37)에 의해 유성휠 캐리어(22) 상에 장착되어 있다. 유성휠(28)의 톱니들(30)은 링기어(20)와 썬휠(18) 각각의 위에 형성되어 있는 톱니들(32, 34)과 계합한다.
엔진이 제동되는 중에, 운전자는 차량(1)의 가속 페달(미도시)을 해제한다. 이에 따라 내연 기관(4)과 전기 기계(6)가 엔진 브레이크하는 중에, 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)는 전기 기계(6)를 구동한다. 전기 기계(6)는 차량의 배터리(50)에 저장되는 전기 에너지를 발생시킨다. 이러한 동작 상태는 회생 제동(regenerative braking)이라 불린다. 이에 따라 전기 기계(6)는 제너레이터로 작동한다. 전기 기계(6)가 제너레이터로 작동할 때, 전기 기계(6)는 트랜스미션(8)에서 발생되는 토크에 반대 토크(counteracting torque)를 가해서, 차량(1)이 제동되는데, 이는 트랜스미션(8)이 차량(1)의 구동휠(12)에 연결되어 있기 때문이다.
차량(1)을 가속할 때, 내연 기관(4) 및 전기 기계(6)로부터 증가된 토크가 트랜스미션(8)과 차량(1)의 구동휠(12) 상으로 전달되어야 한다. 내연 기관(4)과 전기 기계(6) 모두가 유성 기어(10)에 연결되어 있기 때문에, 내연 기관(4)과 전기 기계(6)에 의해 전달되는 최대 토크는 이들 구동 유닛(4, 6) 중 제2 구동 유닛(4, 6)의 최대 토크보다 낮은 최대 토크를 가지는 어느 하나에 의해 제한된다. 전기 기계(6)의 최대 토크가 내연 기관(4)의 최대 토크보다 낮은 경우, 전기 기계(6)는 유성 기어(10)에 충분한 반응 토크를 발생시키지 못하는 데, 이는 내연 기관(4)이 내연 기관의 최대 토크를 트랜스미션(8)과 차량(1)의 구동휠(12) 상에 전달할 수 없다는 것을 의미한다. 이에 따라 트랜스미션(8)으로 전달되는 최대 토크는 전기 기계(6)의 파워에 의해 제한된다. 특히, 차량(1)을 강력하게 가속할 필요가 있으며, 전기 기계(6)가 충분한 반응 토크를 발생시키지 못할 때, 전기 기계(6) 내에 바람직하지 않은 방식으로 열이 발생하게 될 것이다.
내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)가 유성 기어(10)를 통한 잠금 기구(38)로 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)에 견고하게 연결되기 때문에, 전기 기계(6)의 크기와 파워가 제한되는 동시에 차량(1)을 희망하는 대로 가속할 수 있게 됨으로써, 제한된 크기의 컴팩트한 구동 장치(2)가 된다. 이러한 방식으로, 전기 기계(6)가 발생시킬 수 있는 최대 토크는 내연 기관(4)이 발생할 수 있는 최대 토크보다 작게 될 수 있다.
잠금 기구(38)는 제1 및 제2 위치 사이에서 이동할 수 있다. 제1 위치에서, 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)들은 유성 기어(10)를 통해 서로 다른 속도로 회전할 수 있게 된다. 제2 위치에서, 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)는 유성 기어(10)를 통해 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)에 견고하게 연결된다.
잠금 기구(38)는 제1 스플라인(41)을 구비하는 슬리브(40)를 포함한다. 제1 스플라인(41)을 구비하는 슬리브(40)는, 제1 위치에서, 제1 가동 부품 상의 제2 스플라인(43)와 체결되어 유성 기어(10)의 유성휠 캐리어(22)를 형성하며, 제2 위치에서, 유성 기어(10)의 제2 가동 부품 상의 제3 스플라인(45)과 체결되어 썬휠(18)을 구성한다. 전술한 바와 같이, 유성휠 캐리어(22)는 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)에 연결되어 있고, 썬휠(18)은 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)에 연결되어 있다. 잠금 기구(38)는 유성휠 캐리어(22)를 실질적으로 동심으로 둘러싸는 환상의 슬리브(40)로 구성된다. 슬리브(40) 상에 배치되어 있는 제1 스플라인(41)은 슬리브(40)의 종축 방향으로 슬리브(40)의 안쪽 주위에, 유성휠 캐리어(22) 상에 배치되어 있는 제2 스플라인(43)과 썬휠(18) 상에 배치되어 있는 제3 스플라인(45)의 길이에 대응되거나 그 보다 약간 크게 구성된다. 바람직하기로는, 썬휠(18)은 플랜지(51)를 구비하고, 플랜지의 주변에는 제3 스플라인(45)이 제공되며, 제3 스플라인은 슬리브(40)와 계합된다. 유성휠 캐리어(22)의 주변 상에 제공되는 제2 스플라인(43)과 플랜지(51)의 주변 상에 제공되는 제3 스플라인(45)는 플랜지(51)와 유성휠 캐리어(22)의 원주부 전체 주위에 구성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 슬리브(40) 상의 제1 스플라인(41)이 각각 유성휠 캐리어(22)와 썬휠(18) 상의 제2 및 제3 스플라인(43, 45)과 계합할 때, 스플라인 조인트가 형성된다.
플랜지(51) 및 유성휠 캐리어(22)의 반경 방향 연장부(radial extension)가 증가함에 따라, 슬리브(40)에 가해지는 토크가 감소되는 데, 이는 슬리브(40) 크기가 더 작아질 수 있음을 의미한다. 이에 의해 더 경량의 컴팩트한 구성이 얻어질 수 있게 된다. 슬리브(40)에는 주변 리세스(peripheral recess)(53)가 제공되며, 이는 슬리브(40)가 유성휠 캐리어(22) 상에 배치되어 있는 유성휠(28)과의 충돌을 방지하기 위해 구성되는 것이다. 리세스(53)는 슬리브(40)가 유성휠(28)과 접촉하지 않으면서 축 방향으로 이동할 수 있도록 축 방향 연장부를 구비한다.
내부에 축 방향으로 이동할 수 있는 피스톤(61)이 배치되어 있는 공압 실린더 형태의 파워 요소(54)가 제1 위치와 제2 위치 사이에서 슬리브(40)를 이동시키기 위해 배치되어 있다. 파워 요소는 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)를 실질적으로 동심원적으로 둘러싸고 있다. 파워 요소(54)는 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)를 동심원적으로 둘러싸도록 배치될 수도 있다. 상기 파워 부재(54)는 유압 실린더나 리니어 모터일 수도 있다. 바람직하기로는, 복수의 스프링(57)이 배치되어 슬리브(40)를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시킨다. 스프링(57)은 공압 실린더(54)와 별개로 작동하거나, 공압 실린더(54)와 함께 작동하여 슬리브(40)를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 파워 요소의 디자인이 간소화될 수 있으며, 구동 장치(2)의 신뢰도와 신인성은 증가될 수 있다. 파워 요소(54) 또는 압축공기 공급원(56)과 같은 파워 요소(54)의 구동원이 고장난 경우, 스프링(57)은 슬리브(40)를 제2 위치로 이동시켜, 썬휠(18)과 유성휠 캐리어(22)가 연결되고, 유성 기어(10)로 파워 전달이 가능하여, 차량(1)의 추진이 이루어지게 된다. 전기 기계(6)가 고장나더라도, 썬휠(18)과 유성휠 캐리어(22)가 슬리브(40)에 의해 연결될 때, 차량(1)이 추진될 수 있게 된다. 도시되어 있는 실시형태에서, 스프링(57)은 헬리컬 스프링으로 구성되며, 이는 실린더(54) 내에서 피스톤(61)의 제1 압력면(63) 위에 압축력을 가한다. 피스톤(61)의 제2 압력면(65) 상에 가해지는 공압이 감소하면, 피스톤(61)이 스프링(57)에 의해 움직인다. 피스톤(61)의 제2 압력면(65) 상에 가해지는 공압이 증가하여 스프링(57)의 압축력을 초과하면, 피스톤(61)은 공압에 의해 이동되게 된다. 이에 따라, 슬리브(40)를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키는 공압과, 슬리브(40)를 제2 위치에서 제1 위치로 이동시키는 스프링(57) 힘이 있다. 멀티플 스프링(57)의 대안으로, 실린더 내에 싱글 헬리컬 스프링이 배치될 수 있다. 싱글 헬리컬 스프링은 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)를 실질적으로 동심원적으로 둘러싼다.
트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)를 실질적으로 동심원적으로 배치되는 실린더(54)의 대안으로, 파워 요소(54)는 상기 슬리브(40)를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동시키기에 적합한 제어 포크(control fork)(미도시)일 수 있다.
실린더(54)에 대해 상대적으로 회전하는 슬리브(40)를 지탱하기 위한 베어링(67)이 슬리브(40)와 공압 실린더(54) 사이에 배치된다. 베어링(67)은, 실린더(54)가 회전하지 않게 구성되고 슬리브(40)가 실린더(54)에 대해 상대적으로 회전할 수 있도록 한다. 이에 따라, 실린더 내의 피스톤(61)은 실린더(54)에 대해 상대 회전하지 않게 되며, 이는 실린더(54)와 피스톤(61) 사이에 밀봉이 간단하게 이루어져서 실린더(54)의 구조가 단순해질 수 있다는 것을 의미한다. 도 2에 도시되어 있는 실시형태에 따른 베어링(67)은 래디얼 그루브 볼 베어링으로, 이는 실린더(54) 내의 피스톤(61)이 슬리브(40)를 축 방향으로 이동시킬 수 있도록 축 방향 힘을 지탱할 수 있다. 스러스트 베어링이나 앵귤러 콘택 베어링 같은 다른 유형의 베어링도 사용될 수 있다.
연소 엔진(4)의 출력 샤프트(14), 전기 기계(6)의 로터(26), 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27) 및 슬리브(40)는 공통 회전 축(48) 주위를 회전할 수 있도록 배치된다.
슬리브(40)는 슬리브가 제1 위치 및 제2 위치 사이에서 이동하는 중에, 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)를 따라 축 방향으로 이동할 수 있다. 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)가 유성휠 캐리어(22)에 연결되는 경우, 슬리브(40)는 슬리브가 제1 위치 및 제2 위치 사이에서 이동하는 중에, 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)를 따라 축 방향으로 이동할 수 있다.
슬리브(40)를 제1 위치에서 제2 위치로 변위 및 이동시키기 위해, 내연 기관(4)과 전기 기계(6)는, 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 유성 기어(10) 사이에 토크-프리 상태가 제공되도록 제어된다. 이를 위해, 콘트롤러(55)가 시용된다. 콘트롤러(55)는 어느 작동 상태에서는 전기 기계(6)가 모티브 파워를 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)에 공급하기 위해 저장된 전기 에너지를 사용하도록 제어하고, 다른 작동 상태에서는 전기 에너지를 추출하여 저장하기 위해 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)의 운동 에너지를 활용하도록 제어하는 데에 적합하다. 이에 따라 콘트롤러(55)는 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14), 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27) 및 전기 기계(6)의 로터(26)의 속도 및/또는 토크를 검출하여, 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션의 입력 샤프트(27) 사이에 토크-프리 상태가 제공되도록, 내연 기관(4) 및 전기 기계(6)를 제어한다. 토크-프리 상태가 얻어지면, 제어 유닛이 라인(58)을 통해 압축 공기를 공압 실린더(54)로 공급하는 압축 공기 공급원(56)을 작동시켜 실린더(54)가 슬리브(40)를 이동시키도록 하여 슬리브(40)가 제2 위치로 변위 및 이동된다. 콘트롤러(55)는 전기 컨덕터(60)를 통해 내연 기관(4), 트랜스미션(8), 전기 기계(6) 및 압축 공기 공급원(56)에 연결되어 있다. 이에 따라 콘트롤러(55)는 슬리브(40)의 움직임을 제어한다. 압축 공기 공급원(56)을 작동하기 위한 별개의 콘트롤러를 배치할 수도 있다.
콘트롤러(55)는 슬리브(40)를 제어하기에 적합하고, 또한 어떤 경우에 전기 기계(6)가 엔진으로 작동하고 어떤 경우에 제너레이터로 작동할 것인지를 결정하기에 적합하다. 이를 결정하기 위해, 콘트롤러(55)는 전술한 적당한 동작 파라미터로부터 전류 정보를 받아들일 수 있다. 콘트롤러(55)는 이러한 목적을 달성하기 위한 적당한 소프트웨어가 구비된 컴퓨터일 수 있다. 콘트롤러(55)는 배터리(50)와 전기 기계(6)의 스테이터(24) 사이에서의 전기 에너지의 흐름을 제어한다. 전기 기계(6)가 엔진으로 작동할 때, 저장된 전기 에너지가 배터리(50)로부터 스테이터(24)로 공급된다. 전기 기계(6)가 제너레이터로 작동할 때, 전기 에너지가 스테이터(24)로부터 배터리(50)로 공급된다.
도 3은 잠금 기구(38)가 제2 위치에 있는, 본 발명에 따른 구동 장치(2)의 단면도이다. 제2 위치에서, 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)는 슬리브(40)에 의해 유성 기어(10)를 통해 견고하게 연결된다. 슬리브(40)가 이렇게 움직이도록 하기 위해, 도 2와 연계하여 설명한 바와 같이, 먼저 콘트롤러(55)는 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션의 입력 샤프트 사이에 토크-프리 상태가 제공되도록, 내연 기관(4)과 전기 기계(6)를 제어한다.
슬리브(40)가 제2 위치에 있을 때, 내연 기관(4)으로부터 나온 파워가 썬휠(18), 슬리브(40) 및 유성휠 캐리어(22)와 트랜스미션(8) 상을 관통하므로, 유성휠(28)은 여하한의 토크도 받지 않게 된다. 이는 유성휠(28)의 크기가 내연 기관(4)의 토크 대신에 전기 기계(6)의 토크만에 적합하게 될 수 있다는 것을 의미한다. 다시 이는 유성휠(28)이 좀 더 작은 크기로 구성될 수 있음을 의미한다. 이에 따라, 컴팩트한 디자인, 경량 및 제조 비용이 낮은 본 발명에 따른 구동 장치(2)가 얻어질 수 있게 된다.
차량(1)이 소망하는 속도로 가속될 때, 슬리브(40)가 제1 위치로 복귀하도록 실린더(54)가 제어된다. 이와 동시에, 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27) 사이에 토크-프리 상태가 제공되도록, 콘트롤러(55)에 의해 내연 기관(4) 및 전기 기계(6)가 제어된다. 토크-프리 상태가 얻어지면, 슬리브(40)가 제1 위치로 변위 및 이동된다. 슬리브(40)가 제1 위치로 복귀할 때, 차량(1)이 내연 기관(4)과 전기 기계(6) 양방에 의해 구동될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 구동 장치(2)를 제어하는 방법과 관련된 흐름도이다. 본 발명의 방법은, 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27) 사이에 실질적으로 토크-프리 상태가 제공되도록, 내연 기관(4)과 전기 기계(6)가 제어되는 제1 단계 a)를 포함한다.
이어지는 단계 b)에서, 내연 기관(4)의 출력 샤프트와 유성 기어(10)가, 제1 스플라인(41)이 제공되어 있는 슬리브(40)를 포함하는 잠금 기구(38)가, 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14) 및 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)가 유성 기어(10)를 통해 서로 다른 속도로 회전하는 제1 위치에서, 슬리브(40)가 유성 기어(10)를 통해 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)를 견고하게 연결하는 제2 위치로 이동함에 따라, 서로 견고하게 연결된다.
추가 단계 또는 대안적인 단계 c)에 따르면, 슬리브(40)는 스프링 힘에 의해 제1 위치에서 제2 위치로 이동된다.
본 발명의 범위 내에서, 다양한 특정 실시형태들 사이의 전술한 부품들 및 특징들이 조합될 수 있다.

Claims (15)

  1. 차량용 구동 장치로, 구동 장치(2)는 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14), 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27), 스테이터(24) 및 로터(26)를 포함하는 전기 기계(6), 가동 요소(18, 20, 22)를 포함하는 유성 기어(10), 및 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)가 유성 기어(10)를 통해 서로 다른 속도로 회전할 수 있도록 하는 제1 위치와 잠금 기구(38)가 유성 기어(10)를 통해 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)를 견고하게 연결하는 제2 위치 사이에서 이동할 수 있는 잠금 기구(38)를 포함하는, 차량용 구동 장치에 있어서,
    잠금 기구(38)는 제1 스플라인(41)이 제공되어 있는 슬리브(40)를 포함하되, 상기 슬리브(40)는, 제1 위치에서, 유성 기어(10)의 제1 가동 부품(18, 20, 22) 상의 제2 스플라인(43)과 계합하고, 제2 위치에서, 유성 기어(10)의 제2 가동 부품(18, 20, 22) 상의 제3 스플라인(45)과 또한 계합하며, 상기 제1 가동 부품(18, 20, 22)은 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)에 연결되고, 상기 제2 가동 부품(18, 20, 22)은 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가동 부품은 유성휠 캐리어(22)이고, 제2 가동 부품은 썬휠(18)인 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 잠금 기구(38)는 상기 유성휠 캐리어(22)을 실질적으로 동심원적으로 둘러싸는 환상 슬리브(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 환상 슬리브(40)에는 상기 유성휠 캐리어(22) 상에 배치되는 유성휠(28)과 상호작용하는 주변부 리세스(53)가 제공되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  5. 선행하는 청구항들에 있어서,
    상기 잠금 기구(38)가 제1 위치 및 제2 위치 사이에서 이동하는 중에, 상기 잠금 기구(38)는 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27) 또는 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)를 따라 축 방향으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  6. 선행하는 청구항들에 있어서,
    상기 슬리브(40)가 제1 위치 및 제2 위치 사이에서 이동하도록 파워 요소(54)가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    파워 요소(54)는 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27) 또는 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)를 실질적으로 동심원적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    슬리브(40)와 파워 요소(54) 사이에 베어링(67)이 배치되어, 슬리브(40)가 파워 요소(54)에 대해 상대적으로 회전할 수 있도록 지탱하는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  9. 제6항 내지 제8항에 있어서,
    파워 요소(54)는 공압 실린더인 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  10. 선행하는 청구항들에 있어서,
    슬리브(40)가 제1 위치에서 제2 위치로 이동하도록 하는 적어도 하나의 스프링(57)이 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  11. 선행하는 청구항들에 있어서,
    내연 기관(4)의 출력 샤프트(14), 전기 기계(6)의 로터(26), 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27) 및 슬리브(40)가 공통 회전 축(48) 주위를 회전할 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  12. 선행하는 청구항들에 있어서,
    어느 작동 상황에서는 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)로 모티브 힘을 공급하기 위해 전기 기계(6)가 저장된 전기 에너지를 활용하도록, 다른 작동 상황에서는 전기 에너지를 추출하여 저장하도록 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)의 운동 에너지를 활용하도록, 콘트롤러(55)가 전기 기계(6)를 제어하기에 적합한 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  13. 제1항 내지 제12항에 따른 구동 장치(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량(1).
  14. 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14), 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27), 스테이터(24) 및 로터(26)를 포함하는 전기 기계(6), 및 가동 요소(18, 20, 22)를 포함하는 유성 기어(10)를 포함하는 구동 장치의 제어 방법으로,
    a) 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27) 사이에 실질적으로 토크-프리 상태가 제공되도록, 내연 기관(4)과 전기 기계(6)를 제어되는 단계;
    b) 내연 기관(4)의 출력 샤프트와 유성 기어(10)가, 제1 스플라인(41)이 제공되어 있는 슬리브(40)를 포함하는 잠금 기구(38)가, 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14) 및 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)가 유성 기어(10)를 통해 서로 다른 속도로 회전하는 제1 위치에서, 슬리브(40)가 유성 기어(10)를 통해 내연 기관(4)의 출력 샤프트(14)와 트랜스미션(8)의 입력 샤프트(27)를 견고하게 연결하는 제2 위치로 이동함에 따라, 서로 견고하게 연결되는, 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    스프링력에 의해 슬리브(40)를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키는 단계 c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치 제어 방법.
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