KR20150025014A - 하이브리드 차량용 인휠 시스템 - Google Patents

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Abstract

하이브리드 차량용 인휠 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 전륜 또는 후륜으로 회전 구동력을 제공하는 엔진; 배터리에 의해 구동되며, 상기 엔진의 구동력이 전달되는 차륜에 대응되도록 상기 각 전륜 또는 상기 각 후륜에 구비되어, 상기 엔진과 동일한 차륜으로 회전 구동력을 제공하는 적어도 하나의 인휠모터; 및 상기 엔진 및 상기 인휠모터를 구동 제어하는 제어부;를 포함하는 하이브리드 차량용 인휠 시스템이 제공된다.

Description

하이브리드 차량용 인휠 시스템 {IN-WHEEL SYSTEM FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 인휠 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구동수단으로 엔진 및 인휠모터를 모두 구비하는 하이브리드 차량에 있어서의 인휠 시스템에 관한 것이다.
인휠 시스템(In-wheel system)은 전기에너지를 주동력원으로 하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle) 플러그 인 하이브리드차(Plug-in hybrid car), 연료 전지차 등에서 대형의 단일 모터를 사용하지 않고, 차륜에 각각 모터를 내설하여 분산 제어하는 시스템으로서, 휠 내부에 구동모터, 제동장치, 베어링, 감속기 등이 일체화된 시스템으로 구성되어 있다. 이러한 인휠 시스템은 하나의 대용량 모터에 의해 구동되는 시스템보다 에너지 효율이 높고, 전기식 4륜 구동 시스템의 구성이 용이하며, 좌우측의 휠을 독립 구동 제어함으로써 차량의 주행 안정성을 개선시킬 수 있는 등의 기술적 장점을 가지고 있다.
일반적으로 인휠 시스템은 구동력을 발생시키는 모터, 모터를 냉각시키는 냉각장치, 모터의 구동력을 휠로 전달하는 감속기, 제동력을 발생시키는 제동장치, 차량의 방향을 전환하는 조향장치, 휠을 차량에 지지하는 서스펜션 등으로 구성되며, 이러한 다수의 구성 부품이 휠 내부에 유기적으로 통합 배치되게 된다. 통상 상기와 같은 인휠 모터 시스템은 모터의 스테이터 및 로터를 통해 전기에너지를 회전 구동력으로 변환하며, 이 회전 구동력을 감속기를 통해 감속 또는 토크 증대시킨 후, 허브로 전달하여 휠을 회전 구동시키는 순으로 동력전달이 이뤄지게 된다.
종래의 하이브리드 차량에서 인휠 시스템은 전륜 구동 방식(front wheel drive)에서는 차량의 각 후륜(rear wheel)에 장착되거나, 후륜 구동 방식(rear wheel drive)에서는 차량의 각 전륜(front wheel)에 장착되어 엔진의 구동력을 단순 보조하는 역할만을 수행해왔다. 즉, 종래의 인휠 시스템은 피구동륜에 인휠 모터 등을 장착하여, 순간적인 구동보조(예컨대, 빙판길 등에서 순간적인 4WD 구현 등)만을 하거나, 회생 제동 등에만 일부 사용되었으며, 인휠 모터와 엔진 의 각 구동력을 유기적으로 결합 내지 운용하지 못하는 기술적 한계가 존재하였다.
본 발명의 실시예들은 엔진 및 인휠모터의 구동력을 유기적 조합 가능하여 상황에 따른 효과적인 운용이 가능한 하이브리드 차량용 인휠 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전륜 또는 후륜으로 회전 구동력을 제공하는 엔진; 배터리에 의해 구동되며, 상기 엔진의 구동력이 전달되는 차륜에 대응되도록 상기 각 전륜 또는 상기 각 후륜에 구비되어, 상기 엔진과 동일한 차륜으로 회전 구동력을 제공하는 적어도 하나의 인휠모터; 및 상기 엔진 및 상기 인휠모터를 구동 제어하는 제어부;를 포함하는 하이브리드 차량용 인휠 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 인휠 시스템은, 엔진에 의해 구동되는 구동 차륜과 동일한 차륜에 인휠모터를 배치시킴으로써, 엔진 및 인휠모터에 의한 다양한 조합의 구동력 제공이 가능하게 된다.
특히, 본 발명의 실시예들에 따른 인휠 시스템은, 엔진 및 인휠모터의 공조를 통해 EV주행모드, 회생제동모드, LSD 제어모드, TCS 제어모드와 같은 다양한 제어모드를 보다 간편하게 구현 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 인휠 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차량용 인휠 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 3은 도 1 및 2에 예시된 하이브리드 차량용 인휠 시스템의 EV주행모드 및 구동보조모드를 보여주는 작동상태도이다.
도 4는 도 1 및 2에 예시된 하이브리드 차량용 인휠 시스템의 회생제동모드 및 정속주행모드를 보여주는 작동상태도이다.
도 5는 도 1 및 2에 예시된 하이브리드 차량용 인휠 시스템의 LSD 제어모드 및 TCS 제어모드를 보여주는 작동상태도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 또한, 이하의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 인휠 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 인휠 시스템(이하, 인휠 시스템(100)으로 지칭함)이 전륜 구동(front wheel drive) 차량에 적용된 경우를 예시하고 있다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 인휠 시스템(100)은 구동수단으로 엔진(110) 및 인휠모터(130)를 구비할 수 있다.
엔진(110)은 트랜스미션(111)을 통해 차축(112)에 연결되어 차축(112)의 회전 구동력을 제공할 수 있다. 차축(112)은 등속조인트(113)를 통해 차륜(W)으로 회전 구동력을 전달할 수 있다. 차축(112)은 등속조인트(113)의 입력축에 연결될 수 있으며, 등속조인트(113)의 출력축은 차륜(W)의 회전 구동을 위한 허브베어링(132)에 연결될 수 있다.
인휠모터(130)는 각 차륜(W)에 내설될 수 있다. 이때, 본 실시예에 따른 인휠 시스템(100)은 엔진(110)에 의해 회전 구동되는 차륜(W)과 인췰모터(130)가 내설된 차륜(W)이 동일한 차륜(W)으로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 도 1에 예시된 전륜 구동 차량의 경우, 인휠모터(130)는 차량의 전륜(W)에 마련될 수 있다.
상기와 같은 인휠모터(130)의 배치는, 엔진에 의해 구동되는 차륜(예컨대, 전륜)과, 인휠모터가 설치된 차륜(예컨대, 후륜)이 분리된 종래 일반적인 인휠 시스템과 구분된다. 이는 필요에 따라, 엔진(110) 또는 인휠모터(130)를 통해 차륜(W)이 구동될 수 있도록 하여, TCS (Traction Control System) 제어, LSD (Limited Slip Differential) 제어 등이 보다 쉽게 구현될 수 있도록 한다. 이는 본 실시예의 작동에 대한 설명에서 도 3 내지 5를 참조하여 부연키로 한다.
한편, 인휠모터(130)는 배터리(133)에 의해 제공되는 전력으로 차륜(W)에 회전 구동력을 제공할 수 있다. 인휠모터(130)의 구동력은 감속기(131) 및 허브베어링(132)을 통해 차륜(W)으로 전달될 수 있다. 이는 종래의 인휠 시스템을 통해 공지된 바 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 실시예에 따른 인휠 시스템(100)은 엔진(110) 및 인휠모터(130)를 제어하기 위한 제어부(150)를 구비할 수 있다. 제어부(150)는 각 운행조건이나 제어상황에 따라, 엔진(110) 또는 인휠모터(130)를 선택적 제어하거나, 엔진(110) 및 인휠모터(130)가 모두 사용될 수 있도록 제어한다. 이에 대하여는 본 실시예의 작동에 대한 설명에 도 3 내지 5를 참조하여 부연키로 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차량용 인휠 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 2는 후륜 구동(rear wheel drive) 차량에 인휠 시스템(200)이 적용된 경우를 예시하고 있다. 다만, 본 실시예에 따른 인휠 시스템(200) 또한, 도 1을 참조하여 전술한 실시예와 기술적 요지를 같이하며, 전술한 실시예의 인휠 시스템(100)과 유사하게 형성될 수 있음을 알려둔다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 인휠 시스템(200)은 구동수단으로 엔진(210) 및 인휠모터(230)를 구비할 수 있다. 이때, 엔진(210) 및 인휠모터(230)는 모두 동일한 차륜(즉, 후륜)으로 구동력을 전달할 수 있다. 다시 말하면, 본 실시예와 같이 후륜 구동 차량일 경우, 인휠모터(230)는 차량의 후륜(W)에 장착될 수 있다.
엔진(210)은 트랜스미션(211), 프로펠러샤프트(214) 및 디퍼런셜기어(215)를 통해 차축(212)에 연결되어 회전 구동력을 제공할 수 있다. 후륜 구동 차량인바, 전술한 전륜 구동 차량과 비교하여 프로펠러샤프트(214) 및 디퍼런셜기어(215)가 개입되는 차이가 있을 수 있다. 차축(212)은 등속조인트(213)의 입력축에 연결되며, 등속조인트(213)의 출력축은 허브베어링(232)에 연결될 수 있다. 따라서 엔진(210)의 구동력은 차축(212)을 통해 등속조인트(213)로 전달되며, 허브베어링(232)을 통해 차륜(W)으로 제공되어, 차륜(W)을 회전 구동시키게 된다. 이는 도 1의 전륜 구동 차량과 유사하다.
한편, 인휠모터(230)는 차륜(W)에 내설되어 배터리(233)를 통해 제공되는 전력으로 차륜(W)에 회전 구동력을 제공하게 된다. 인휠모터(230)는 구동축이 감속기(231) 등을 통해 허브베어링(232)에 연결되어 차륜(W)을 회전 구동시키게 된다. 이는 도 1의 전륜 구동 차량과 유사하다.
도 3은 도 1 및 2에 예시된 하이브리드 차량용 인휠 시스템의 EV주행모드 및 구동보조모드를 보여주는 작동상태도이다.
도 3의 (a)는 배터리(133) 및 인휠모터(130)의 구동력만으로 차륜(W)을 회전 구동시키는 EV(Electric Vehicle) 주행모드시 인휠 시스템(100)의 작동을 보여주는 작동상태도이며, 도 3의 (b)는 인휠모터(130)를 통해 엔진(110)의 구동력을 보조하는 구동보조모드시 인휠 시스템(100)의 작동을 보여주는 작동상태도이다.
또한, 설명의 편의를 위해, 도 3에서는 전술한 도 1의 실시예를 중심으로 각 구성의 부호 등을 표기하였으나, 도 2의 실시예 또한, 도 3에서 설명하는 바와 유사하게 작동될 수 있음을 알려둔다.
도 3의 (a)에 도시된 바를 참고하면, 본 실시예에 따른 인휠 시스템(100)은 배터리(133)의 전력만으로 차량을 주행시키는 EV주행모드로 구동 제어될 수 있다. 이와 같은 경우, 제어부(150)는 엔진(110)을 구동 정지시키고, 인휠모터(130)만을 선택적 구동시키게 되며, 인휠모터(130)를 통해 구동 차륜(W)이 회전 구동되게 된다.
한편, 도 3의 (b)를 참고하면, 본 실시예에 따른 인휠 시스템(100)은 구동보조모드로 구동 제어 내지 사용될 수도 있다. 이와 같은 경우, 제어부(150)는 엔진(110) 및 인휠모터(130)를 모두 구동시키게 되며, 엔진(110)에 의한 구동력 및 인휠모터(130)에 의한 구동력이 각각 차륜(W)에 전달되어, 차륜(W)을 회전 구동시키게 된다.
도 4는 도 1 및 2에 예시된 하이브리드 차량용 인휠 시스템의 회생제동모드 및 정속주행모드를 보여주는 작동상태도이다.
도 4의 (a)는 회생제동모드시의 작동, 도 4의 (b)는 정속주행모드시의 작동을 나타낸 것이며, 설명의 편의를 위해, 도 1의 실시예를 중심으로 각 구성의 부호 등을 표기하였음을 알려둔다.
먼저, 도 4의 (a)를 참고하면, 회생제동모드시, 제어부(150)는 인휠모터(130)를 선택적으로 구동 정지시킬 수 있다. 이러한 경우, 차륜(W) 및 허브베어링(132)에 의해 인휠모터(130)의 구동축이 피동적으로 회전될 수 있으며, 인휠모터(130)는 이러한 구동축의 회전을 통해 전력을 발생시키고, 이를 배터리(133)의 충전에 사용하게 된다.
도 4의 (b)를 참고하면, 차량이 고속으로 일정속도 주행하는 정속주행모드시에도, 상기와 유사한 구동 제어가 이뤄질 수 있다. 즉, 제어부(150)는 엔진(110)만을 선택적 구동시켜 차륜(112)에 회전 구동력을 제공하는 한편, 인휠모터(130)는 구동 정지되어 차륜(W)의 회전에 따라 배터리(133)를 충전하도록 작동될 수 있다.
도 5는 도 1 및 2에 예시된 하이브리드 차량용 인휠 시스템의 LSD 제어모드 및 TCS 제어모드를 보여주는 작동상태도이다.
도 5의 (a)를 참고하면, 본 실시예들에 따른 인휠 시스템(200)은 정지 후 출발시 좌우 노면의 마찰력이 다를 경우, 일측 차륜(W1)이 슬립(slip) 내지 공회전되는 것을 막기 위한 LSD (Limited Slip Differential) 제어 기능을 구현할 수 있다.
예컨대, 차량의 정지 후 출발시, 빙판길(I) 등으로 인해 한 쪽의 차륜(W1)에 공회전이 발생되게 되면, 제어부(250)는 상기 한 쪽의 차륜(W1)에 장착된 인휠모터(130)를 통해 강제적인 부하(L)를 인가할 수 있으며, 이로 인해, 반대쪽 차륜(W2)에 구동력이 보다 집중되어 정상 출발이 가능하게 된다.
한편, 도 5의 (b)를 참고하면, 본 실시예들에 따른 인휠 시스템(100)은 좌우 노면의 마찰력이 다를 경우, 차량 자세가 불안정해지는 것을 막기 위한 TCS (Traction Control System) 제어 기능 또한 간편하게 구현할 수 있다.
예컨대, 빙판길 등으로 인해 차량의 주행이나 선회 중 한 쪽 차륜(W1)에 슬립이 발생되면, 차량의 자세 안정성, 주행 안정성 등이 저하되게 된다. 이러한 경우, 제어부(150)는 슬립이 발생된 차륜(W1)의 인휠모터(130)를 통해 선택적으로 부하(L)를 발생시켜, 좌우 측 차륜(W1, W2)에 균등하게 구동력을 배분시키고, 차량의 자세 제어 및 주행 안정성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바, 본 발명의 실시예들에 따른 인휠 시스템은 엔진에 의해 구동되는 구동 차륜과 동일한 차륜에 인휠모터를 배치시킴으로써, 엔진 및 인휠모터에 의한 다양한 조합의 구동력 제공이 가능하게 된다. 특히, 본 발명의 실시예들에 따른 인휠 시스템은 엔진 및 인휠모터의 공조(cooperation)를 통해 EV주행모드, 회생제동모드, LSD 제어모드, TCS 제어모드와 같은 다양한 제어모드를 보다 간편하게 구현 가능한 이점이 있으며, 기존의 LSD 장비, TCS 센서 등을 삭제 가능하여 차량의 경량화 및 제조단가 절감의 효과 또한 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100, 200: 인휠 시스템 110, 210: 엔진
130, 230: 인휠모터 150, 250: 제어부

Claims (7)

  1. 전륜(front wheel) 또는 후륜(rear wheel)으로 회전 구동력을 제공하는 엔진;
    배터리에 의해 구동되며, 상기 엔진의 구동력이 전달되는 차륜에 대응되도록 상기 각 전륜 또는 상기 각 후륜에 구비되어, 상기 엔진과 동일한 차륜으로 회전 구동력을 제공하는 적어도 하나의 인휠모터; 및
    상기 엔진 및 상기 인휠모터를 구동 제어하는 제어부;를 포함하는 하이브리드 차량용 인휠 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진은 상기 전륜으로 회전 구동력을 제공하고,
    상기 인휠모터는 상기 각 전륜에 장착되어 상기 각 전륜으로 회전 구동력을 제공하는 하이브리드 차량용 인휠 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진은 상기 후륜으로 회전 구동력을 제공하고,
    상기 인휠모터는 상기 각 후륜에 장착되어 상기 각 후륜으로 회전 구동력을 제공하는 하이브리드 차량용 인휠 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진은 차축 및 상기 차축에 연결된 등속조인트를 통해 상기 전륜 또는 상기 후륜으로 회전 구동력을 전달하되, 상기 등속조인트의 출력축은 허브베어링에 연결되며,
    상기 인휠모터의 구동축은 상기 허브베어링에 연결되어 상기 각 전륜 또는 상기 각 후륜으로 회전 구동력을 전달하도록 형성된 하이브리드 차량용 인휠 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    EV(Electric Vehicle) 주행 모드시, 상기 엔진을 구동 정지시키고, 상기 배터리에 의한 전력으로 상기 인휠모터를 구동시켜, 상기 각 전륜 또는 상기 각 후륜을 회전 구동시키고,
    구동 보조 모드시, 상기 엔진 및 상기 인휠모터를 모두 구동시켜, 상기 엔진 및 상기 인휠모터의 회전 구동력이 상기 각 전륜 또는 상기 각 후륜을 회전 구동시키도록 제어하는, 하이브리드 차량용 인휠 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    회생 제동 모드 또는 정속 주행 모드시, 상기 인휠모터를 구동 정지시키고, 상기 인휠모터가 상기 배터리를 충전하도록 제어하는, 하이브리드 차량용 인휠 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    LSD (Limited Slip Differential) 제어 모드 또는 TCS (Traction Control System) 제어 모드시, 슬립(silp) 또는 공회전이 발생된 차륜에 상기 인휠모터가 부하를 인가하도록 구동 제어하는, 하이브리드 차량용 인휠 시스템.
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