KR20150135787A - 하이브리드 파워트레인용 기어박스 및 이러한 기어박스를 제어하는 방법 - Google Patents

하이브리드 파워트레인용 기어박스 및 이러한 기어박스를 제어하는 방법 Download PDF

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KR20150135787A
KR20150135787A KR1020157030986A KR20157030986A KR20150135787A KR 20150135787 A KR20150135787 A KR 20150135787A KR 1020157030986 A KR1020157030986 A KR 1020157030986A KR 20157030986 A KR20157030986 A KR 20157030986A KR 20150135787 A KR20150135787 A KR 20150135787A
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gear
electric machine
shaft
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요한 린드스트룀
마티아스 비예르크만
니클라스 페터슨
미카엘 베르그퀴스트
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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    • 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
    • F16H3/724—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 using external powered electric machines
    • F16H3/725—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 using external powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
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Abstract

기어박스는 입력 샤프트(8)와 출력 샤프트(20); 입력 샤프트(8)에 연결되는 제1 유성 기어 장치(10); 제1 유성 기어 장치(10)에 연결되는 제2 유성 기어 장치(12); 제1 유성 기어 장치에 연결되는 제1 전기 기계(14); 제2 유성 기어 장치(12)에 연결되는 제2 전기 기계(16); 제1 유성 기어 장치(10)에 연결되는 제1 메인 샤프트(34); 및 제2 유성 기어 장치(12)에 연결되는 제2 메인 샤프트(36)를 포함한다. 제어될 수 있는 제1 결합 유닛(56)이 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50)을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치되고, 제어될 수 있는 제2 결합 유닛(58)이 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51)을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치되며, 이에 따라 제1 메인 샤프트(34)와 제2 샤프트(36)의 회전 속도와 토크 중 적어도 하나가 제1 결합 유닛(56) 및 제2 결합 유닛(58) 중 적어도 하나를 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50, 28, 32, 51)이 계합 상태 또는 분리 상태가 되도록 제어하는 것에 의해 영향을 받을 수 있다. 또한 본 발명은 기어박스를 포함하는 차량 및 기어박스를 제어하는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 기어박스를 제어하는 컴퓨터 프로그램 및 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위하여 전자 제어 유닛(48) 또는 다른 컴퓨터(53)용의 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

Description

하이브리드 파워트레인용 기어박스 및 이러한 기어박스를 제어하는 방법{GEARBOX FOR A HYBRID POWERTRAIN AND METHOD TO CONTROL SUCH A GEARBOX}
본 발명은 청구항 제1항의 도입부에 따른 기어박스에 관한 것이다. 또한 본 발명은 청구항 제15항의 도입부에 따른 이러한 기어박스를 포함하는 차량, 청구항 제16항의 도입부에 따른 이러한 기어박스를 제어하는 방법, 청구항 제21항의 도입부에 따른 이러한 기어박스를 제어하는 컴퓨터 프로그램 및 청구항 제22항의 도입부에 따른 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 연소 엔진일 수 있는 주 엔진과 전기 기계일 수 있는 보조 엔진에 의해 구동될 수 있다. 전기 기계는 전기 에너지의 저장을 위한, 전기화학 에너지 저장 장치와 같은, 적어도 한 개의 에너지 저장 장치 및 에너지 저장 장치와 전기 기계 간의 전기 에너지의 흐름을 조절하기 위한 조절 기구를 구비한다. 이렇게 해서 전기 기계는 차량의 운행 조건에 따라 엔진으로서의 작동과 발전기로서의 작동을 교대로 행하게 된다. 차량이 제동될 때, 전기 기계는 전기 에너지를 발생시키며, 발생된 전기 에너지는 에너지 저장 장치에 저장된다. 이는 보통 "회생 제동(regenerative braking)"으로 알려져 이으며, 이러한 회생 제동은 차량이 전기 기계 및 연소 엔진의 도움으로 제동되게 한다. 저장되는 전기 에너지는 나중에 차량의 운행을 위해 사용된다.
유성 기어 장치는 일반적으로 서로 상대 회전 가능하게 배치되는 세 개의 컴포넌트들을 포함한다. 세 개의 컴포넌트들은 썬 기어(sun gear), 유성 휠 캐리어(planet wheel carrier) 및 링 기어(ring gear)이다. 썬 기어와 링 기어의 톱니들의 수들을 알면 운행 중의 세 개의 컴포넌트들 상호 간의 회전 속도들이 결정될 수 있다. 유성 기어 장치의 컴포넌트들 중 한 개는 연소 엔진의 출력 샤프트에 연결될 수 있다. 따라서 유성 기어 장치의 이 컴포넌트는 연소 엔진의 출력 샤프트의 회전 속도에 상응하는 회전 속도로 회전한다. 유성 기어 장치의 제2 컴포넌트는 기어박스의 입력 샤프트에 연결될 수 있다. 따라서 유성 기어 장치의 이 컴포넌트는 기어박스 입력 샤프트와 동일한 회전 속도로 회전한다. 유성 기어 장치의 제3 컴포넌트는 하이브리드 운행을 달성하기 위하여 전기 기계의 로터와 연결된다. 따라서 유성 기어 장치의 이 컴포넌트는, 전기 기계의 로터와 직결되어 있는 경우라면, 전기 기계의 로터와 동일한 회전 속도로 회전한다. 대안적으로, 전기 기계는 기어 변환(gear exchange)이 이루어지는 변속기를 통해 유성 기어 장치의 제3 컴포넌트와 연결될 수 있다. 이 경우, 전기 기계와 유성 기어 장치의 제3 컴포넌트는 서로 다른 회전 속도로 회전할 수 있다. 회전 속도와 전기 기계에 의해 발생된 토크 중 적어도 하나는 무단 증분(stepless increments)으로 조절될 수 있다. 운행 중에, 기어박스 입력 샤프트의 희망하는 회전 속도와 토크 중 적어도 하나가 정해져야 할 때, 제어 유닛은, 연소 엔진의 회전 속도를 알고 있으면, 기어박스 입력 샤프트의 희망 회전 속도가 정해지도록 제3 컴포넌트가 구동되어야만 하는 회전 속도를 계산한다. 제어 유닛은, 전기 기계가 제3 컴포넌트를 계산된 회전 속도로 회전시키고 이에 따라 기어박스 입력 샤프트가 희망 회전 속도로 회전되도록 전기 기계를 작동시킨다.
연소 엔진의 출력 샤프트, 전기 기계의 로터 및 기어박스 입력 샤프트를 유성 기어 장치를 이용하여 서로 연결하는 것에 의해, 통상의 클러치 메커니즘이 제거될 수 있다. 차량의 가속 중에, 연소 엔진과 전기 기계로부터 증가된 토크가 기어박스에 그리고 나아가 차량의 구동 휠들에 공급된다. 연소 엔진과 전기 기계가 둘 다 유성 기어 장치에 연결되어 있기 때문에, 연소 엔진과 전기 기계에 의해 공급될 수 있는 최대 토크는, 이들 간의 기어 변환비를 고려하면, 이 구동 유닛들 중 최대 토크가 다른 구동 유닛의 최대 토크보다 작은 구동 유닛에 의해 제한될 것이다. 이들 간의 기어 변환비를 고려하면, 전기 기계의 최대 토크가 연소 엔진의 최대 토크보다 낮은 경우, 전기 기계는 유성 기어 장치에 충분히 큰 반응 토크를 발생시키지 못할 것이고, 연소 엔진은 그 최대 토크를 기어박스 나아가 차량의 구동 휠들로 전달하지 못하게 될 것이다. 이렇게 해서 기어박스에 전달될 수 있는 최대 토크는 전기 기계의 동력(power)에 의해 제한된다. 이는 "행성 방정식(planetary equation)"으로 알려진 방정식에 의해서도 명확해진다.
기어 변환 과정이 기어박스에서 일어나는 동안 기어박스 입력 샤프트를 연소 엔진으로부터 분리하는 통상의 클러치를 사용하는 것과 관련하여, 클러치의 박판(lamella)들이 가열되어 클러치의 박판들이 마모되고 연료 소비가 증가하는 것 같은 단점들이 있다. 또한, 통상의 클러치 메커니즘은 비교적 무겁고 비싸다. 통상의 클러치 메커니즘은 차량에서 비교적 커다란 공간을 차지하기도 한다.
유럽 특허 EP-B1-1126987은 이중 유성 기어 장치를 구비한 기어박스를 개시하고 있다. 각각의 유성 기어 장치의 썬 기어가 전기 기계와 연결되어 있고, 유성 기어 장치들의 링 기어들은 서로 연결되어 있다. 각 유성 기어 장치의 유성 기어 캐리어들은 무한한 수의 기어단(gear step)들이 얻어지도록 다수의 기어 쌍들과 연결되어 있다. 또한 다른 유럽 특허 EP-B1-1280677은 연소 엔진의 출력 샤프트에 배치된 기어단에 의해 유성 기어 장치들이 연결되는 방법을 개시하고 있다.
미국 특허출원 공개공보 US-A1-20050227803은 두 개의 전기 기계를 구비한 차량 변속기를 개시하고 있는데, 각각의 전기 기계가 두 개의 유성 기어 장치들 중 한 개의 썬 기어와 연결되어 있다. 유성 기어 장치들은 변속기 입력 샤프트에 연결되어 있는 공동의 유성 기어 캐리어를 구비한다.
국제특허 공개공보 WO2008/046185-A1은 두 개의 유성 기어 장치들을 구비한 하이브리드 변속기를 개시하는데, 전기 기계는 유성 기어 장치들 중 하나에 연결되고 이중 클러치가 제2 유성 기어 장치와 연동한다. 또한 두 개의 유성 기어 장치들은 톱니형 휠 변속기를 통해 서로 연동하기도 한다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 이용할 수 있는 공지의 해결책들에 불구하고, 토크 차단 없이 기어들을 변환시키고, 회생 제동 장치로서의 역할을 나타내고, 디자인이 컴팩트하고, 높은 신뢰성(reliability)과 높은 의존성(dependability)을 가지고, 무게가 작고, 그리고 특정 운행 조건에서는 그 자체로 충분한 전기 공급을 행할 수 있는, 기어박스를 더 발전시킬 필요가 있다.
차량 내에서 구동 장치를 위해 이용할 수 있는 공간은 보통 제한되어 있다. 구동 장치가 연소 엔진, 전기 기계, 기어박스 및 유성 기어 장치와 같은 몇 개의 컴포넌트들을 포함하면, 디자인은 컴팩트해야 한다. 회생 제동 장치와 같은 더 많은 컴포넌트들이 포함되어야 하는 경우라면, 구동 장치의 부품들인 컴포넌트들이 컴팩트한 디자인을 가져야 하는 요구는 더 엄격해진다. 동시에, 구동 장치의 부품들인 컴포넌트들은 불가피한 힘들과 토크들을 흡수할 수 있는 치수로 디자인되어야 한다.
어떤 종류의 차량, 특히 화물 자동차(lorry)들과 버스들에는 다수의 기어단들이 요구된다. 이 경우, 기어박스의 부품들인 컴포넌트들의 수가 증가하고, 기어박스 역시 이러한 대형 차량들에서 발생되는 큰 힘들과 토크들을 흡수할 수 있도록 치수가 정해져야 한다. 결과적으로 기어박스의 크기와 중량이 증가하게 된다.
또한, 구동 장치의 부품들인 컴포넌트들에 대해서는 높은 신뢰성과 높은 의존성에 대한 요구가 높다. 기어박스가 박판 클러치들을 포함하는 경우에는 마모가 발생하는데, 이 마모는 기어박스의 신뢰성과 수명에 영향을 미친다.
회생 제동 중에는 운동 에너지가 전기 에너지로 변환되고, 전기 에너지는 어큐뮬레이터와 같은 에너지 저장 장치에 저장된다. 에너지 저장 장치의 수명에 영향을 미치는 한 가지 요인은 에너지 저장 장치가 전류를 전기 기계들에 공급하고 전기 기계들로부터 전류를 받는 사이클의 수이다. 사이클의 수가 클수록 에너지 저장 장치의 수명은 짧을 것이다.
본 발명의 목적은 토크 차단 없이 기어를 변환하는 기어박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 회생 제동 장치를 구비한 기어박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 컴팩트한 디자인을 갖는 기어박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 높은 신뢰성과 높은 의존성을 갖는 기어박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 중량이 작은 차량용 기어박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기어박스에서 출력 샤프트에 직결될 수 있는 차량용 기어박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 어떤 운행 조건에서는 그 자체로 충분히 전기 공급을 행할 수 있는 기어박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 회생 제동 장치에 연결된 에너지 저장 장치의 수명을 증가시키는 회생 제동 장치를 구비한 기어박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 신규하고 유익한 기어박스 제어용 컴퓨터 프로그램을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 연소 엔진의 영향을 받지 않고 제어될 수 있는 하이브리드 추진 라인 내의 기어박스를 제공하는 데 있다.
이 목적들은, 청구항 제1항의 특징부에 명시되어 있는 차별점을 특징으로 하는, 도입부에 명시되어 있는 기어박스에 의해 달성된다.
이 목적들은, 청구항 제15항의 특징부에 명시되어 있는 차별점을 특징으로 하는, 도입부에 명시되어 있는 차량에 의해 달성된다.
이 목적들은, 청구항 제16항의 특징부에 명시되어 있는 차별점을 특징으로 하는, 도입부에 명시되어 있는 기어박스 제어 방법에 의해 달성된다.
이 목적들은, 청구항 제21항의 특징부에 명시되어 있는 차별점을 특징으로 하는, 도입부에 명시되어 있는 기어박스 제어용 컴퓨터 프로그램에 의해 달성된다.
이 목적들은, 청구항 제22항의 특징부에 명시되어 있는 차별점을 특징으로 하는, 도입부에 명시되어 있는 기어박스 제어용 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 기어박스가 두 개의 유성 기어 장치를 구비하게 함으로써, 토크 차단 없이 기어를 변경하는 변속이 이루어진다. 유성 기어 장치들에 연결되어 있는 전기 기계들은, 희망하는 운행 조건에 따라, 전류를 발생시키거나 혹은 토크를 공급할 수 있고, 그렇지 않으면 둘 다 전류를 발생시키고 토크를 공급할 수 있다. 또한, 전기 기계들은 어떤 운행 조건들에서는 서로 전류를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 기어박스에 의하면, 연소 엔진과 기어박스 사이에 있는 통상의 클러치들이 사용되지 않을 수 있다.
제어될 수 있는 제1 결합 유닛이 제1 유성 기어 장치의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치되고, 제어될 수 있는 제2 결합 유닛이 제2 유성 기어 장치의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치된다. 이렇게 해서, 제1 메인 샤프트와 제2 메인 샤프트의 회전 속도와 토크 중 적어도 하나가 제1 결합 유닛과 제2 결합 유닛 중 적어도 한 개를 회전 가능한 컴포넌트들이 계합 상태 또는 분리 상태가 되도록 제어하는 것에 의해 영향을 받을 수 있다.
제어될 수 있는 제3 결합 유닛이 제1 유성 기어 장치의 회전 가능한 컴포넌트와 기어 하우징을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치되고, 제어될 수 있는 제4 결합 유닛이 제2 유성 기어 장치의 회전 가능한 컴포넌트와 기어 하우징을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치된다. 이렇게 해서, 제1 메인 샤프트와 제2 샤프트의 회전 속도와 토크 중 적어도 하나가 제3 결합 유닛 및 제4 결합 유닛 중 적어도 하나를 회전 가능한 컴포넌트들이 계합 상태 또는 분리 상태가 되도록 제어하는 것에 의해 영향을 받을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 결합 유닛과 제2 결합 유닛이 유성 기어 캐리어와 제1 유성 기어 장치의 썬 기어 및 제2 유성 기어 장치의 썬 기어 사이에 각각 배치된다. 연관된 유성 기어 캐리어를 썬 기어에 록킹시키는 것이 결합 유닛들의 역할이다. 유성 기어 캐리어와 썬 기어가 서로 연결되면, 연소 엔진으로부터 나오는 힘은 유성 기어 캐리어, 결합 유닛, 썬 기어를 통과하여 기어박스까지 전달될 것이고, 이에 따라 유성 기어들이 흡수하는 토크는 없게 된다. 이는 유성 기어들의 치수가 연소 엔진의 토크 대신에 전기 기계의 토크에만 맞추어질 수 있다는 것을 의미하고, 또한 유성 기어들이 더 작은 치수들로 디자인될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 이렇게 해서, 디자인이 컴팩트하고, 중량이 가볍고 제조 비용이 저렴한 본 발명에 따른 구동 장치가 얻어진다.
결합 유닛들이 계합 상태와 분리 상태 사이에서 축방향으로 변위될 수 있는 링 형상의 시스(sheath)를 포함하는 것이 바람직하다. 시스는 기본적으로 기어박스의 회전하는 컴포넌트들을 동심으로 둘러싸고, 힘 요소에 의해 계합 위치와 분리 위치 사이에서 변위된다. 이렇게 해서 중량이 가볍고 제조 비용이 저렴한 컴팩트한 디자인이 얻어진다.
일 실시예에 따르면, 록킹 메커니즘이 연소 엔진의 출력 샤프트를 기어박스 하우징과 확고하게 연결하도록 배치된다. 이렇게 해서, 제1 유성 기어 캐리어도 기어박스 하우징에 확고하게 록킹될 것이다. 록킹 메커니즘을 이용하여 연소 엔진의 출력 샤프트와 유성 기어 캐리어를 기어박스 하우징에 록킹하는 것에 의해, 기어박스와 또한 이에 따라 차량이 전기 기계들에 의해 전기적으로 운행되도록 조정될 것이다. 이에 따라 전기 기계들이 기어박스의 출력 샤프트에 토크를 제공한다.
기어박스는 사이드 샤프트에 기계적으로 록킹될 수 있는 톱니형 휠을 포함하는 다수의 기어쌍들을 구비할 수 있다. 이렇게 해서, 다수의 고정된 기어단들이 얻어지고, 이들 사이에서 토크 차단 없이 기어를 변경하는 것이 가능하다. 또한 사이드 샤프트에 계합될 수 있는 톱니형 휠들은 높은 신뢰성과 높은 의존성을 갖는 컴팩트한 디자인이 얻어진다는 것을 의미한다. 대안적으로, 톱니형 휠 드라이브들이 제1 메인 샤프트와 제2 메인 샤프트 중 적어도 한 샤프트에 계합되고 분리될 수 있도록 기어쌍들에 배치될 수 있다.
기어쌍들 각각은 차량의 희망하는 주행 성능에 맞추어져 있는 기어 변환비를 갖는다. 최저단 기어가 선택되었을 때 다른 기어쌍들과 비교하여 가장 높은 기어 변환비를 갖는 기어쌍이 계합되는 것이 적절하다.
연관된 유성 기어 장치의 썬 기어와 유성 기어 캐리어를 분리하기 위하여, 제1 전기 기계와 제2 전기 기계 중 적어도 한 전기 기계가 해당 유성 기어 장치에서 토크 균형이 이루어지도록 제어된다. 토크 균형이 이루어졌으면, 썬 기어와 유성 기어 캐리어가 더 이상 서로 기계적으로 연결되지 않도록 제1 결합 유닛 또는 제2 결합 유닛이 변위된다.
본 명세서에서 "토크 균형"이라는 용어는, 유성 기어 장치의 유성 기어 캐리어에 작용하는 토크의 발생 및 유성 기어의 기어 변환비에 상당하는 토크가 유성 기어 장치에 배치되는 링 기어에 작용하는 반면, 동시에 유성 기어 캐리어에 작용하는 토크의 발생 및 유성 기어의 기어 변환비에 상당하는 토크가 유성 기어 장치의 썬 기어에 작용하는 상태를 나타내기 위해 사용된다. 유성 기어 장치의 컴포넌트 부품들, 썬 기어, 링 기어 및 유성 기어 캐리어 중 두 개가 결합 유닛에 의해 연결되는 경우, 이 결합 유닛은 토크 균형이 이루어졌을 때 유성 기어 장치의 컴포넌트들 사이에서 토크를 전달하지 않는다. 이렇게 해서 결합 유닛이 간단하게 변위될 수 있고, 유성 기어 장치의 컴포넌트들이 분리된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부 도면들을 참조하여 예시적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 기어박스를 구비한 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 기어박스를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3은 여러 가지 디자인들에 따른 기어박스의 원리를 묘사한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 기어박스를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 기어박스를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 기어박스 제어 방법에 관한 흐름도이다.
도 1은 본 발명에 따른 기어박스(2)를 포함하는 차량(1)을 개략적으로 도시한 측면도이다. 연소 엔진(4)이 기어박스(2)에 연결되어 있고, 기어박스(2)는 또한 차량(1)의 구동 휠(6)들에 연결되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 기어박스를 개략적으로 도시한 측면도이다. 기어박스(2)는 입력 샤프트(8), 제1 유성 기어 장치(10)와 제2 유성 기어 장치(12), 제1 전기 기계(14)와 제2 전기 기계(16), 및 출력 샤프트(20)를 포함한다. 제1 유성 기어 장치(10)는 제1 전기 기계(14)의 제1 로터(24)가 연결되는 제1 링 기어(22)를 구비한다. 또한 제1 유성 기어 장치(10)는 제1 썬 기어(26)도 구비한다. 제2 유성 기어 장치(12)는 제2 전기 기계(16)의 제2 로터(30)가 연결되는 제2 링 기어(28)를 구비한다. 제2 유성 기어 장치(12)는 제2 썬 기어(32)를 구비한다. 제1 썬 기어(26)와 제2 썬 기어(32)는 동축으로 정렬된다. 도 2에 도시된 디자인에 따르면, 제1 썬 기어(26)에 배치된 제1 메인 샤프트(34)가 제2 썬 기어(32)에 배치되고 중앙 보어(38)를 구비한 제2 메인 샤프트(36)의 내부로 연장한다. 또한 제1 메인 샤프트(34)를 제2 메인 샤프트(36)와 평행하게 배치하는 것도 가능하다. 제1 메인 샤프트(34)와 제2 메인 샤프트(36)는, 자유롭게 선택된 수의 기어단들을 구비할 수 있는 변속 장치(19)를 통해 출력 샤프트에 연결된다. 이를 하기에서 더 상세하게 설명한다.
제1 전기 기계(14)는 기어박스(2)를 둘러싸는 기어 하우징(42)을 통해 차량(1)에 연결되어 있는 제1 스테이터(40)를 구비한다. 제2 전기 기계(16)는 기어박스(2)를 둘러싸는 기어 하우징(42)을 통해 차량(1)에 연결되어 있는 제2 스테이터(44)를 구비한다. 제1 전기 기계(14)와 제2 전기 기계(16)는 차량(1)의 운행 조건에 따라 전기 기계들(14, 16)을 구동하는 배터리와 같은 에너지 저장 장치에 연결되어 있다. 다른 운행 조건들에서는, 전기 기계들(14, 16)은 발전기로 작동할 수 있고, 이에 의해 에너지 저장 장치(46)에 전류가 공급된다. 전자 제어 유닛(48)이 에너지 저장 장치(46)에 연결되어 전기 기계들(14, 16)로의 전류 공급을 제어한다. 에너지 저장 장치(46)가 제어 유닛(48)에 연결되어 있는 스위치(49)를 통해 전기 기계들(14, 16)에 연결되는 것이 바람직하다. 어떤 운행 조건들에서는, 전기 기계들(14, 16)이 서로를 구동할 수도 있다. 그러면 전기 에너지는 전기 기계들(14, 16)에 연결되어 있는 스위치(49)를 통해 한 전기 기계(14, 16)에서 다른 전기 기계(14, 16)로 유도된다. 이렇게 해서 전기 기계들(14, 16) 간의 동력 균형을 달성하는 것이 가능하다. 다른 컴퓨터(53)가 제어 유닛(48) 및 기어 박스(2)에 연결될 수 있다. 전기 에너지를 스위치(49)를 통해 한 전기 기계(14, 16)에서 다른 전기 기계(14, 16)로 유도하는 것에 의해, 전기 에너지가 에너지 저장 장치(46)로부터 또는 에너지 저장 장치(46)로 유도되지 않을 것이다. 이렇게 해서, 에너지 저장 장치(46)의 수명을 증가시키기 위해 요구되는 조건들이 달성된다. 따라서 기어 변환들을 수행하고 에너지 저장 장치(46) 없이 차량(1)을 추진하는 것도 가능하다.
도 2에 도시된 디자인에 따르면, 제1 유성 기어 장치(10)는 제1 세트의 유성 기어(52)들이 베어링들을 통해 장착되어 있는 제1 유성 기어 장치 캐리어(50)를 구비한다. 제2 유성 기어 장치(12)는 제2 세트의 유성 기어(54)들이 베어링들을 통해 장착되어 있는 제2 유성 기어 장치 캐리어(51)를 구비한다. 제1 세트의 유성 기어(52)들은 제1 링 기어(22) 및 제1 썬 기어(26)와 연동한다. 제2 세트의 유성 기어(54)들은 제2 링 기어(28) 및 제2 썬 기어(28)와 연동한다. 기어박스(2)의 입력 샤프트(8)는 제1 유성 기어 캐리어(50)와 연결되어 있다. 제1 유성 기어 장치(10)의 제1 유성 기어 캐리어(50)는 제2 유성 기어 장치(12)의 제2 썬 기어(32)에 직접 확고하게 연결된다. 이렇게 해서 제1 유성 기어 캐리어(50)와 제2 썬 기어(32)는 항상 동일한 방향으로 그리고 동일한 회전 속도로 회전하게 된다.
제1 결합 유닛(56)이 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50) 사이에 배치되어 있다. 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50)가 서로 연결되고 이에 따라 서로 상대 회전하지 못하도록 제1 결합 유닛(56)을 배치하는 것에 의해, 제1 유성 기어 캐리어(50)와 제1 썬 기어(26)가 동일한 회전 속도로 회전할 것이다.
제2 결합 유닛(58)이 제2 썬 기어(32)와 제2 유성 기어 캐리어(51) 사이에 배치되어 있다. 제2 썬 기어(32)와 제2 유성 기어 캐리어(51)가 서로 연결되고 이에 따라 서로 상대 회전하지 못하도록 제2 결합 유닛(58)을 배치하는 것에 의해, 제2 유성 기어 캐리어(51)와 제2 썬 기어(32)가 동일한 회전 속도로 회전할 것이다.
제1 결합 유닛(56)과 제2 결합 유닛(58)이, 제1 유성 기어 캐리어(50) 및 제2 유성 기어 캐리어(51)를 구비한 스플라인 구비 영역에서 그리고 연관된 썬 기어(26, 32)를 구비한 스플라인 구비 영역에서 축방향으로 변위될 수 있는 스플라인들을 구비한 제1 결합 시스(55)와 제2 결합 시스(57)를 포함하는 것이 바람직하다. 스플라인 구비 영역들이 연관된 결합 시스(55, 57)를 통해 연결되도록 연관된 결합 시스(55, 57)를 변위시키는 것에 의해, 제1 유성 기어 캐리어(50)와 제1 썬 기어(26)가 그리고 제2 유성 기어 캐리어(51)와 제2 썬 기어(32)가 서로 고정되게 될 것이고 서로 상대 회전할 수 없을 것이다. 이에 따라, 제1 결합 유닛(56)과 제2 결합 유닛(58)은 유성 기어 장치들의 컴포넌트들인 컴포넌트들(26, 50, 25, 51) 사이에서 록킹하는 기능을 한다.
도 2에 도시된 디자인에 따른 제1 결합 유닛(56)과 제2 결합 유닛(58)은 각각 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50) 사이에 그리고 제2 썬 기어(32)와 제2 유성 기어 캐리어(51) 사이에 배치되어 있다. 그러나 추가의 또는 대안적인 결합 유닛(도면에는 도시되지 않음)을 제1 링 기어(22)와 제1 유성 기어 캐리어(50) 사이에 배치하고 또한 추가의 또는 대안적인 결합 유닛(도면에는 도시되지 않음)을 제2 링 기어(28)와 제2 유성 기어 캐리어(51) 사이에 배치하는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 제3 결합 유닛(59)이 제1 링 기어(22)와 기어 하우징(42) 사이에 배치된다. 제1 링 기어(22)와 기어 하우징(42)이 서로 연결되고 이에 따라 서로 상대회전 하지 못하도록 제3 결합 유닛(59)을 배치하는 것에 의해, 토크의 저하(gearing down)가 일어날 것이다. 즉, 유성 기어 캐리어(50)로부터 제1 썬 기어(26)로의 회전 속도의 상승(gearing up)이 일어날 것이다.
본 실시예에서는 제4 결합 유닛(61)이 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42) 사이에 배치된다. 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42)이 서로 연결되고 이에 따라 서로 상대회전 하지 못하도록 제4 결합 유닛(61)을 배치하는 것에 의해, 토크의 저하가 일어날 것이다. 즉, 유성 기어 캐리어(50)로부터 제2 썬 기어(32)로의 회전 속도의 상승이 일어날 것이다.
제3 결합 유닛(59)과 제4 결합 유닛(61)이, 제1 링 기어(22) 및 제2 링 기어(28)를 구비한 스플라인 구비 영역에서 그리고 기어 하우징(42)을 구비한 스플라인 구비 영역에서 축방향으로 변위될 수 있는 스플라인들을 구비한 제3 결합 시스(65)와 제4 결합 시스(67)를 포함하는 것이 바람직하다. 스플라인 구비 영역들이 연관된 결합 시스(65, 67)를 통해 연결되도록 연관된 결합 시스(65, 67)를 변위시키는 것에 의해, 제1 링 기어(22)와 기어 하우징(42)이 그리고 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42)이 서로 록킹될 것이고 서로 상대 회전할 수 없을 것이다. 이에 따라, 제3 결합 유닛(59)과 제4 결합 유닛(61)은 위에서 설명한 컴포넌트들(22, 42, 28) 사이의 접지 장치들(earthing arrangements)로 기능한다.
운행 중에, 기어박스(2)는, 어떤 운행 조건들에서는, 썬 기어들(26, 32) 중 한 개가 제1 결합 유닛(56) 또는 제2 결합 유닛(58)의 도움으로 제1 유성 기어 캐리어(50) 또는 제2 유성 기어 캐리어(51)에 록킹되도록 작동할 수 있다. 그러면 썬 기어(22) 또는 썬 기어(28) 중 어느 것이 연관된 유성 기어 캐리어(50, 51)에 록 고정되어 있는지에 따라, 제1 메인 샤프트(34) 또는 제2 메인 샤프트(36)의 회전 속도가 기어박스(2)의 입력 샤프트(8)의 회전 속도와 동일하게 될 것이다. 전기 기계들(14, 16) 둘 다 또는 한 개는 에너지 저장 장치(46)에 전기 에너지를 발생시키기 위하여 발전기의 역할을 할 수 있다. 대안적으로, 링 기어(22)가 유성 기어 캐리어(50)에 연결되어 있는 전기 기계(14) 또는 링 기어(28)가 유성 기어 캐리어(50)에 연결되어 있는 전기 기계(16)는 토크를 증가시킬 수 있고, 이는 이렇게 함으로써 출력 샤프트(20)에서의 토크를 증가시키기 위함이다. 전기 기계들(14, 16)은, 어떤 운행 조건들에서는, 에너지 저장 장치(46)와는 별도로 서로 전기 에너지를 공급할 것이다.
또한 기어박스(2)는, 어떤 운행 조건들에서는, 전기 기계들(14, 16)의 로터들(24, 30) 중 한 개가 링 기어들(22, 28)을 통해 기어 하우징(42)에 확고하게 록킹되는 반면, 두 번째 전기 기계(14, 16)가 에너지 저장 장치(46)에 전기 에너지를 발생시키기 위하여 발전기의 역할을 하게 하는 기능을 하는데, 이는 하기에서 상세하게 설명한다. 로터(24)가 기어 하우징(42)에 확고하게 록킹되어 있는 전기 기계(14) 또는 로터(30)가 기어 하우징(42)에 확고하게 록킹되어 있는 전기 기계(16)는 제3 결합 유닛(59) 또는 제4 결합 유닛(61)을 이용하여 록이 수행되기 전에 링 기어(22) 또는 링 기어(28)로부터의 반응 토크를 흡수한다. 발전기의 역할을 하는 대신, 전기 기계(14) 또는 전기 기계(16)는 토크를 증가시킬 수 있고, 이는 이렇게 함으로써 출력 샤프트(20)에서의 토크를 증가시키기 위함이다.
또한, 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16) 둘 다가 동시에 에너지 저장 장치(46)에 전류를 발생시킬 수 있다. 운전자는 엔진 브레이킹 중에 차량(1)의 가속 페달(도면에는 도시되지 않음)로부터 발을 뗀다. 그러면 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)가 전기 기계들(14, 16) 중 한 개 또는 둘 다를 구동하고, 동시에 연소 엔진(4)과 전기 기계들(14, 16)은 엔진 브레이킹을 하게 된다. 이 경우에 전기 기계들(14, 16)은 차량(1)의 에너지 저장 장치(46)에 저장되는 전기 에너지를 발생시킨다. 이러한 운행 조건은 "회생 제동"으로 알려져 있다. 더욱 강력한 제동 효과를 가능하게 하기 위하여, 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)는 확고하게 록킹될 수 있고, 이렇게 해서 회전이 방지될 수 있다. 따라서 전기 기계들(14, 16) 중 단 하나 또는 둘 다가 브레이크의 역할을 하여 에너지 저장 장치(46)에 저장되는 전기 에너지를 발생시킬 것이다. 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)의 록킹은 차량이 전기 기계들(14, 16) 중 단 하나 또는 둘 다에 의해서 가속되어야 할 때에도 수행될 수 있다. 제1 유성 기어 장치(10)와 제2 유성 기어 장치(12)를 통한 전기 기계들(14, 16) 중 단 하나 또는 둘 다의 총 반응 토크가 연소 엔진(4)의 토크를 초과하는 경우, 이들 간의 기어 변환비를 고려하면, 연소 엔진(4)은 전기 기계들(14, 16)이 발생시키는 큰 토크를 견디지 못할 것이고, 이 때문에 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)를 확고하게 록킹시킬 필요가 있을 것이다. 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)의 록킹은 바람직하게는 제1 유성 기어 캐리어(50)와 기어 하우징(42) 사이에 배치되어 있는 록킹 장치(102)에 의해 수행된다. 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)가 기어박스(2)의 입력 샤프트(8)를 통해 제1 유성 기어 캐리어(50)에 연결되어 있기 때문에, 제1 유성 기어 캐리어(50)와 기어 하우징(42)을 록킹하는 것에 의해 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97) 역시 록킹될 것이다. 록킹 장치(102)가, 제1 유성 기어 캐리어(50)를 구비한 스플라인 구비 영역에서 그리고 기어 하우징을 구비한 스플라인 구비 영역에서 축방향으로 변위될 수 있는 스플라인들을 구비한 제8 결합 시스(104)를 포함하는 것이 바람직하다. 스플라인을 구비한 영역들이 결합 시스(104)를 통해 연결되도록 제8 결합 시스를 변위시키는 것에 의해, 제1 유성 기어 캐리어(50)가 회전하는 것이 방지될 것이고 이에 따라 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97) 역시 회전하는 것이 방지될 것이다.
제어 유닛(48)은 전기 기계들(14, 16)에 연결되어 있고, 어떤 적당한 운행 조건들에서 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)에 구동력을 제공하기 위하여 전기 기계들이 저장된 전기 에너지를 사용하도록 그리고 다른 운행 조건들에서는 전기 에너지를 발생시켜서 저장하기 위하여 전기 기계들이 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)의 운동 에너지를 사용하도록 전기 기계들(14, 16)을 제어하도록 구성되어 있다. 이에 따라 제어 유닛(48)은 전기 기계들(14, 16)과 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)에 배치되어 있는 센서(98)들을 통해 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)의 회전 속도와 토크 중 적어도 하나를 검출하는데, 이는 이렇게 해서 정보를 수집하고 전기 기계들이 전기 모터 또는 발전기로서 기능하도록 전기 기계들(14, 16)을 제어하기 위함이다. 제어 유닛(48)은 이러한 목적을 위해 적절한 소프트웨어를 구비한 컴퓨터일 수 있다. 또한 제어 유닛(48)은 에너지 저장 장치(46)와 전기 기계들(14, 16)의 관련 스테이터(40, 44) 사이의 전기 에너지의 흐름을 제어한다. 전기 기계들(14, 16)이 모터들로 기능하는 조건들에서는, 저장된 전기 에너지가 에너지 저장 장치(46)로부터 관련 스테이터(40, 44)로 공급된다. 전기 기계들(14, 16)이 발전기들로 기능하는 조건들에서는, 전기 에너지가 관련 스테이터(40, 44)로부터 에너지 저장 장치(46)로 공급된다. 그러나, 전기 기계들(14, 16)은, 위에서 설명한 것처럼, 어떤 운행 조건들에서 에너지 저장 장치(46)와 관계없이 서로 전기 에너지를 공급할 수 있다.
제1 결합 유닛(56), 제2 결합 유닛(58), 제3 결합 유닛(59) 및 제4 결합 유닛(61)은 관련된 결합 시스들을 통해 제어 유닛(48)에 연결되어 있다. 이 컴포넌트들이 제어 유닛(48)으로부터 나오는 전기 신호들에 의해 활성화되고 또 비활성화되는 것이 바람직하다. 결합 시스들이 유압 또는 공압으로 구동되는 실린더들과 같은, 도면에는 도시되지 않은, 힘 제공기들에 의해 변위되는 것이 바람직하다. 또한 결합 시스들을 전기로 구동되는 힘 제공기들에 의해 변위시키는 것도 가능하다.
도 3은 여러 가지 디자인들에 따른 기어박스의 원리를 묘사한 도면이다. 제1 유성 기어 장치(10)는 세 개의 컴포넌트들, 즉 제1 링 기어(22), 제1 썬 기어(26) 및 제1 유성 기어 캐리어(50)를 포함한다. 도 3에 따르면, 여러 컴포넌트들이 R1, C1 및 S1로도 명시되어 있는데, R1은 제1 링 기어(22)에 상응하고, C1은 제1 유성 기어 캐리어(50)에 상응하고, S1은 제1 썬 기어(26)에 상응한다. 마찬가지로, 제2 유성 기어 장치(12)는 세 개의 컴포넌트들, 즉 제2 링 기어(28), 제2 썬 기어(32) 및 제2 유성 기어 캐리어(51)를 포함한다. 도 3에 따르면, 제2 유성 기어 장치(12)의 여러 컴포넌트들이 R2, C2 및 S2로도 명시되어 있는데, R2는 제2 링 기어(28)에 상응하고, C2는 제1 유성 기어 캐리어(51)에 상응하고, S2는 제2 썬 기어(32)에 상응한다. 이렇게, 도 3에 도시된 기어박스의 기본 디자인은 위 도 2에 도시된 디자인에 상응한다.
도 3에 도시된 기본 디자인에 따르면, 제1 메인 샤프트(34)가 제1 썬 기어(26)에 배치되고, 제2 메인 샤프트(36)는 제1 유성 기어 캐리어((51)에 배치된다. 제1 링 기어(22)는 제1 전기 기계(14)에 연결되고, 제2 링 기어(28)는 제2 전기 기계(16)에 연결된다. 연소 엔진(4)은 제1 유성 입력 샤프트(8)를 통해 기어 캐리어(50)에 연결된다. 제1 결합 유닛(56)은 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50) 사이에 배치된다. 제2 결합 유닛(58)은 제2 썬 기어(32)와 제2 유성 기어 캐리어(51) 사이에 배치된다. 제3 결합 유닛(59)은 제1 링 기어(22)와 기어 하우징(42) 사이에 배치되고, 제4 결합 유닛(61)은 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42) 사이에 배치된다. 록킹 장치(102)는 제1 유성 기어 캐리어(50)와 기어 하우징(42) 사이에 배치된다. 도 3에 도시된 기어박스의 기본 디자인에 따르면, 제1 유성 기어 캐리어(50)가 제2 썬 기어(32)에 연결된다.
그러나, 도 3에 의해 명확해지는 바와 같이, 연소 엔진(4), 제1 전기 기계(14)와 제2 전기 기계(16) 및 제1 메인 샤프트(34)와 제2 메인 샤프트(36)에의 연결을 위하여, 제1 유성 기어 장치(10)와 제2 유성 기어 장치(12)의 컴포넌트들이 조합될 수 있는 몇 개의 서로 다른 조합들이 있다. 도 3에 의해 명확해지는 바와 같이, 링 기어들(R1, R2), 유성 기어 캐리어들(C1, C2) 및 썬 기어들(S1, S2)이 제1 유성 기어 장치(10)와 제2 유성 기어 장치(12)에 배치될 수 있는 여섯 개의 서로 다른 조합들이 명시되어 있다. 그러나 어떤 조합들은 실제로 실시될 수 없다.
기본 디자인의 조합에 더하여, 실제로 실시될 수 있는 한 조합은 제1 유성 기어 장치(10)의 R1, S1, C1 및 제2 유성 기어 장치(12)의 R2, S2, C2이다. 이렇게 해서, 제1 유성 기어 장치(10)의 제1 링 기어(R1)가 제1 전기 기계에 연결될 것이고, 제1 썬 기어(S1)는 연소 엔진(4)에 연결될 것이고, 제1 유성 기어 장치 캐리어(C1)가 제1 메인 샤프트(34)에 연결될 것이다. 제2 유성 기어 장치(12)에서는, 제2 링 기어(R2)가 제2 전기 기계에 연결될 것이고, 제2 썬 기어(S2)는 제2 메인 샤프트(36)에 연결될 것이고, 제2 유성 기어 장치 캐리어(C2)는 제1 썬 기어(S1)에 연결될 것이다.
실제로 실시될 수 있는 다른 조합은 제1 유성 기어 장치(10)의 R1, S1, C1 및 제2 유성 기어 장치(12)의 R2, C2, S2이다. 이렇게 해서, 제1 링 기어(R1)가 제1 전기 기계에 연결될 것이고, 제1 썬 기어(S1)는 연소 엔진(4)에 연결될 것이고, 제1 유성 기어 장치 캐리어(C1)가 제1 메인 샤프트(34)에 연결될 것이다. 제2 유성 기어 장치(12)에서는, 제2 링 기어(R2)가 제2 전기 기계에 연결될 것이고, 제2 유성 기어 장치 캐리어(C2)는 제2 메인 샤프트(36)에 연결될 것이고, 제2 썬 기어(S2)는 제1 썬 기어(S1)에 연결될 것이다.
위에서 설명한 여러 조합들을 위하여, 추가로 또는 대안적으로 제1 링 기어(22)와 제1 유성 기어 캐리어(50) 사이에 결합 유닛(63)을 배치하고, 또한 추가로 또는 대안적으로 제2 링 기어(28)와 제2 유성 기어 캐리어(51) 사이에 결합 유닛(69)을 배치하는 것이 바람직하다.
도 4는 일 실시예에 따른 기어박스를 개략적으로 도시한 측면도이다. 변속 장치(19)는 제1 유성 기어 장치(10)와 출력 샤프트(20) 사이에 배치되어 있는 제1 기어쌍(60)을 포함한다. 제1 기어쌍(60)은 서로 연동하는 제1 톱니형 휠 드라이브(62)와 제1 톱니형 휠(64)을 포함한다. 제2 기어쌍(66)이 제2 유성 기어 장치(12)와 출력 샤프트(20) 사이에 배치된다. 제2 기어쌍(66)은 서로 연동하는 제2 톱니형 휠 드라이브(68)와 제2 톱니형 휠(70)을 포함한다. 제3 기어쌍(72)이 제1 유성 기어 장치(10)와 출력 샤프트(20) 사이에 배치된다. 제3 기어쌍(72)은 서로 연동하는 제3 톱니형 휠 드라이브(74)와 제3 톱니형 휠(76)을 포함한다. 제4 기어쌍(78)이 제2 유성 기어 장치(12)와 출력 샤프트(20) 사이에 배치된다. 제4 기어쌍(78)은 서로 연동하는 제4 톱니형 휠 드라이브(80)와 제4 톱니형 휠(82)을 포함한다.
제1 톱니형 휠 드라이브(62)와 제3 톱니형 휠 드라이브(74)는 제1 메인 샤프트(34)에 배치되어 있다. 제1 톱니형 휠 드라이브(62)와 제3 톱니형 휠 드라이브(74)는 제1 메인 샤프트(34)에 상대 회전할 수 없도록 제1 메인 샤프트(34)에 확고하게 연결되어 있다. 제2 톱니형 휠 드라이브(68)와 제4 톱니형 휠 드라이브(80)가 제2 메인 샤프트(36)에 배치되어 있다. 제2 톱니형 휠 드라이브(68)와 제4 톱니형 휠 드라이브(80)는 제2 메인 샤프트(36)에 상대 회전할 수 없도록 제2 메인 샤프트(36)에 확고하게 연결되어 있다.
사이드 샤프트(18)는 제1 메인 샤프트(34) 및 제2 메인 샤프트(36)에 기본적으로 평행하게 연장한다. 제1 톱니형 휠(64), 제2 톱니형 휠(70), 제3 톱니형 휠(76) 및 제4 톱니형 휠(82)은 사이드 샤프트(18)에 베어링을 통해 배치된다. 제1 톱니형 휠 드라이브(62)는 제1 톱니형 휠(64)과 연동하고, 제2 톱니형 휠 드라이브(68)는 제2 톱니형 휠(70)과 연동하고, 제3 톱니형 휠 드라이브(74)는 제3 톱니형 휠(76)과 연동하고, 그리고 제4 톱니형 휠 드라이브(80)는 제4 톱니형 휠(82)과 연동한다.
제1 톱니형 휠(64), 제2 톱니형 휠(70), 제3 톱니형 휠(76) 및 제4 톱니형 휠(82)은 제1 결합 요소(84), 제2 결합 요소(86), 제3 결합 요소(88) 및 제4 결합 요소(90)의 도움으로 사이드 샤프트(18)에 개별적으로 록킹 계합되고 분리된다. 결합 요소들(84, 86, 88, 90)은 바람직하게는 제5 결합 시스(83) 및 제6 결합 시스(85)와 연동하는 톱니형 휠들(64, 70, 76, 82) 및 사이드 샤프트(18)에 디자인된 스플라인들을 구비하는 영역들로 구성되고, 제5 결합 시스(83) 및 제6 결합 시스(85)는 제1 내지 제4 톱니형 휠들(64, 70, 76, 82) 각각 및 사이드 샤프트(18)에 스플라인들을 구비한 영역들과 기계적으로 연동한다. 제1 결합 요소(84)와 제3 결합 요소(88)가 공동의 결합 시스(83)를 구비하는 것이 바람직하고, 제2 결합 요소(86)와 제4 결합 요소(90)가 공동의 결합 시스(85)를 구비하는 것이 바람직하다. 분리된 상태에 있을 때, 제1 내지 제4 톱니형 휠들(64, 70, 76, 82)과 사이드 샤프트(18) 사이에서 상대 회전이 일어날 수 있다. 또한 결합 요소들(84, 86, 88, 90)은 마찰 결합 부재들로 이루어질 수 있다. 또한 제5 톱니형 휠(92)이 사이드 샤프트(18)에 배치되어 있고, 기어박스(20)의 출력 샤프트(20)에 배치되어 있는 제6 톱니형 휠(94)과 연동한다.
제5 톱니형 휠(92)과 제6 톱니형 휠(94)은 토크를 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)로 전달하는 제5 기어쌍(21)의 역할을 한다.
기어박스(2)의 입력 샤프트(8)로부터 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)로의 토크 전달은 유성 기어 장치들(10, 12) 중 적어도 한 개와 사이드 샤프트(18)를 통해 일어날 수 있다. 또한, 기어박스(2)의 적어도 세 개의 최고단 기어들 중 한 기어가 연결되어 있는 경우, 토크 전달은 제1 썬 기어(26)가 제1 메인 샤프트(34)와 결합 메커니즘(96)을 통해 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)에 연결되어 있는 제1 유성 기어 장치(10)를 통해 직접 일어날 수도 있다. 결합 메커니즘(96)이, 스플라인들을 구비한 출력 액슬(20)의 영역들과 제1 메인 샤프트(34)에서 축방향으로 변위될 수 있는 스플라인을 구비한 제7 결합 시스(100)를 포함하는 것이 바람직하다. 스플라인들을 구비한 영역들이 제7 결합 시스(100)를 통해 연결되도록 제7 결합 시스(100)를 변위시키는 것에 의해, 제1 메인 샤프트(34)가 출력 샤프트(20)와 확고하게 록킹될 것이고, 이에 따라 이들은 동일한 회전 속도로 회전하게 될 것이다.
도 2 및 도 4의 실시예에 따르면, 네 개의 톱니형 휠 드라이브들(62, 68, 74, 76)과 네 개의 톱니형 휠들(64, 70, 76, 82)이 전기 기계들(14, 16)이 결합되어 있는 두 개의 유성 기어 장치들(10, 12)과 함께 도시되어 있다. 그러나, 톱니형 휠 드라이브들과 톱니형 휠들의 수를 더 많게 또는 더 적게 그리고 전기 기계들이 결합되어 있는 유성 기어 장치들의 수를 더 많게 기어박스(2)를 디자인하는 것도 가능하다.
제1 결합 요소(84), 제2 결합 요소(86), 제3 결합 요소(88) 및 제4 결합 요소(90), 제1 메인 샤프트(34)와 출력 샤프트(20) 사이에 있는 결합 메커니즘(96), 그리고 제1 유성 기어 캐리어(50)와 기어 하우징(42) 사이에 있는 록킹 장치(102)는 관련된 결합 시스들을 통해 제어 유닛(48)에 연결되어 있다. 이 컴포넌트들이 제어 유닛(48)으로부터 나오는 전기 신호들에 의해 활성화되고 또 비활성화되는 것이 바람직하다. 결합 시스들이 유압 또는 공압으로 구동되는 실린더들과 같은, 도면에는 도시되지 않은, 힘 제공기들에 의해 변위되는 것이 바람직하다. 또한 결합 시스들을 전기로 구동되는 힘 제공기들에 의해 변위시키는 것도 가능하다.
도 5에 따르면, 도 2에 따른 하이브리드 추진 라인(3)이 단순화되어 개략적으로 도시되어 있는데, 명확히 하기 위해 어떤 컴포넌트들은 생략되어 있다. 도 5는 제1 메인 샤프트(34)에 그리고 이를 통해 제1 유성 기어 장치(10)에 연결되어 있는 기어쌍(G1)과, 제2 메인 샤프트(36)에 그리고 이를 통해 제2 유성 기어 장치(12)에 연결되어 있는 기어쌍(G2)을 도시하고 있다. 또한 기어쌍들(G1, G2)은 사이드 샤프트(18)를 통해 출력 샤프트(20)에도 연결되어 있다. 제1 메인 샤프트(34)에 연결되어 있는 기어쌍(G1)은 예를 들어 도 2 및 도 4에 도시되어 있는 것처럼 제1 기어쌍(60) 또는 제3 기어쌍(72)으로 이루어질 수 있고, 또한 다른 기어쌍들을 포함할 수도 있다. 제2 메인 샤프트(36)에 연결되어 있는 기어쌍(G2)은 예를 들어 도 2 및 도 4에 도시되어 있는 것처럼 제2 기어쌍(66) 또는 제4 기어쌍(78)으로 이루어질 수 있고, 또한 다른 기어쌍들을 포함할 수도 있다. 또한 출력 샤프트(20)와 사이드 샤프트(18)에 연결되어 있고 또한 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 제5 기어쌍(G3)(21)이 도시되어 있다. 그러나, G3은 다른 기어쌍들에 의해 이루어질 수 있다. 기어를 변환할 때, 관련된 그룹(G1, G2, G3)으로부터 적당한 기어쌍이 선택된다.
제1 유성 기어 장치(10)에 연결되어 있는 적어도 한 기어쌍(G1)(60, 72)은 서로 연동하도록 배치되어 있는 적어도 한 개의 톱니형 휠 드라이브(62, 74) 및 톱니형 휠(64, 76)을 포함하며, 톱니형 휠 드라이브(62, 74)는 제1 유성 기어 장치(10)를 구비하고 있는 제1 메인 샤프트(34)에 계합 및 분리될 수 있도록 구성될 수 있다. 적어도 한 개의 톱니형 휠(64, 76)은 사이드 샤프트(18)에 계합 및 분리될 수 있도록 구성될 수 있다.
제2 유성 기어 장치(12)에 연결되어 있는 적어도 한 기어쌍(G2)(66, 78)은 서로 연동하도록 배치되어 있는 적어도 한 개의 톱니형 휠 드라이브(68, 80) 및 톱니형 휠(70, 82)을 포함하며, 톱니형 휠 드라이브(68, 80)는 제2 유성 기어 장치(12)를 구비하고 있는 제2 메인 샤프트(36)에 계합 및 분리될 수 있도록 구성될 수 있다. 적어도 한 개의 톱니형 휠(70, 82)은 사이드 샤프트(18)에 계합 및 분리될 수 있도록 구성될 수 있다.
이하, 기어박스(2)가 차량(1)에 배치되어 있을 때 제1단 기어에서 최고단 기어까지 기어를 올리는 것을 설명한다. 기어박스(2)의 입력 샤프트(8)는 차량(1)의 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)에 연결되어 있다. 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)는 차량(1)에서 구동 샤프트(99)에 연결되어 있다. 연소 엔진(4)의 아이들링 중에 그리고 차량(1)이 정차해 있을 때, 기어박스(2)의 입력 샤프트(8)가 회전하는 반면 동시에 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)는 정지해 있다. 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)가 자유롭게 회전하도록 록킹 장치(102)는 비활성화되어 있다. 기어박스(2)의 입력 샤프트(8)가 회전하기 때문에, 제1 유성 기어 캐리어(50)도 회전할 것이고, 이에 따라 제1 세트의 유성 기어(52)들이 회전하게 될 것이다. 제1 유성 기어 캐리어(50)가 제2 썬 기어(32)에 연결되어 있기 때문에, 제2 썬 기어(32)가 회전할 것이고 이에 따라 제2 세트의 유성 기어(54)들도 회전할 것이다. 전기 기계들(14, 16)로부터 전류를 공급하지 않고 전류를 인출(withdraw)하지 않는 것에 의해, 전기 기계(14)의 제1 로터(24)와 전기 기계(16)의 제2 로터(30)에 각각 연결되어 있는 제1 링 기어(22)와 제2 링 기어(28)가 자유롭게 회전할 것이고, 이에 의해 링 기어들(22, 28)에 의해 흡수되는 토크는 없다. 제1 결합 유닛(56), 제2 결합 유닛(58), 제3 결합 유닛(59) 및 제4 결합 유닛(61)은 분리되어 있고, 이에 따라 계합되지 않는다. 이에 따라, 연소 엔진(4)으로부터 유성 기어 장치들(10, 12)의 썬 기어들(26, 32)로 토크는 전혀 전달되지 않을 것이다. 제1 메인 샤프트(34)와 출력 샤프트(20) 사이의 결합 메커니즘은 분리되어 있고, 이에 따라 제1 메인 샤프트(34)와 출력 샤프트(20)가 서로에 대해 자유롭게 회전할 수 있다. 썬 기어들(26, 32)과 기어박스(2)의 출력 샤프트(2)가 이 단계에서 정지해 있기 때문에, 사이드 샤프트(18)도 정지해 있다. 제1 단계 중에, 제1 톱니형 휠(64)과 제2 톱니형 휠(70)이 제1 결합 요소(84)와 제2 결합 요소(86)의 도움으로 사이드 샤프트(18)에 연결된다. 제3 톱니형 휠(76)과 제4 톱니형 휠(82)은 사이드 샤프트(18)에서 분리되어 있다. 이렇게 해서, 제3 톱니형 휠(76)과 제4 톱니형 휠(82)은 사이드 샤프트(18)에 대해 자유롭게 회전하게 된다.
차량(1)을 구동할 목적으로 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)의 회전을 개시하기 위하여, 제1 톱니형 휠 드라이브(62)와 사이드 휠(18)에 있는 제1 톱니형 휠(64)이 회전하게 된다. 이는 제1 썬 기어(26)가 회전하게 되는 것에 의해 이루어진다. 제1 썬 기어(26)가 회전하면, 제1 메인 샤프트(34)도 회전할 것이고 이에 따라 제1 메인 샤프트(34)에 배치되어 있는 제1 톱니형 휠 드라이브(62) 역시 회전할 것이다. 제1 썬 기어(26)는 제1 링 기어(22)가 제1 전기 기계(14)에 의해 제어되는 것을 통해 회전하게 된다. 제1 전기 기계(14)를 활성화시키는 것에 의해, 차량(1)은 제1 메인 샤프트(34)가 회전하기 시작하는 것을 통해 변위되기 시작한다. 제1 유성 기어 캐리어(50)와 제1 썬 기어(26)가 동일한 회전 속도에 도달하면, 제1 썬 기어(26)는 제1 결합 유닛(56)의 도움으로 제1 유성 기어 캐리어(50)에 록킹된다. 위에서 설명했던 것처럼, 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50)가 기계적으로 서로 연동하도록 제1 결합 유닛(56)이 디자인되는 것이 바람직하다. 대안적으로, 제1 결합 유닛(56)은 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50)를 부드럽게 연결하는 활주 브레이크 또는 박판 클러치로 디자인될 수 있다. 제1 썬 기어(26)가 제1 유성 기어 캐리어(50)에 연결되면, 제1 썬 기어(26)가 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)와 동일한 회전 속도로 회전할 것이다. 이렇게 해서, 연소 엔진(4)에 의해 발생되는 토크가, 제1 톱니형 휠 드라이브(62), 사이드 샤프트(18)에 있는 제1 톱니형 휠(64), 사이드 샤프트(18)에 있는 제5 톱니형 휠(92) 및 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)에 있는 제6 톱니형 휠(94)을 통해, 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)로 전달된다. 이에 따라 차량(1)이 제1단 기어에 의해 전방으로 변위되고 구동되기 시작할 것이다.
제1 기어쌍(60), 제2 기어쌍(66), 제3 기어쌍(72) 및 제4 기어쌍(78) 각각은 차량(1)의 희망하는 주행 성능에 맞추어져 있는 기어 변환비를 갖는다. 도 2에 도시된 실시예에 따르면, 제1 기어쌍(60)이, 제2 기어쌍(66), 제3 기어쌍(72) 및 제4 기어쌍(78)과 비교하여, 가장 높은 기어 변환비를 갖는데, 이에 따라 최저단 기어가 선택되면 제1 기어쌍(60)이 연결된다. 제3 기어쌍(72)은, 제1 기어쌍(60)이 그런 것처럼, 제1 메인 샤프트(34)와 사이드 샤프트(18) 사이에서 토크를 전달하는데, 제1 기어쌍 대신, 제3 기어쌍을 다른 기어쌍들(66, 72, 78)과 비교하여 가장 높은 기어 변환비를 갖도록 디자인하는 것이 가능할 것이고, 이 이유로 최저단 기어가 선택되면 그렇게 디자인된 제3 기어쌍(72)이 연결될 것이다.
사이드 샤프트(18)에 있는 제1 톱니형 휠(64)에 의해 사이드 샤프트(18)가 회전하게 되면, 사이드 샤프트(18)에 있는 제2 톱니형 휠(70) 역시 회전할 것이다. 이렇게 해서, 사이드 샤프트(18)는 제2 톱니형 휠(70)을 구동하고, 이를 통해 제2 메인 샤프트(36)에 있는 제2 톱니형 휠 드라이브(68)를 구동한다. 제2 메인 샤프트(36)가 회전하면, 제2 유성 기어 캐리어(51) 역시 회전할 것이고, 이렇게 해서, 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)의 회전 속도 및 이에 따른 제2 유성 기어 캐리어(51)의 회전 속도에 따라, 제2 링 기어(28)와 제2 전기 기계(16)의 제2 로터(30)가 회전하게 될 것이다. 이 경우, 에너지 저장 장치(46)와 제1 전기 기계(14) 중 적어도 하나에 전류를 공급하기 위하여 제2 전기 기계(16)가 발전기로 기능하게 하는 것이 가능하다. 대안적으로, 제2 전기 기계(16)가 제2 전기 기계(16)를 제어하는 제어 유닛(48)을 통해 추가 토크를 제공하여 추진 토크를 제공할 수 있다.
제1단 기어에서 제2단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50) 사이의 록킹이 해제되어야 하는데, 이는 제1 전기 기계(14)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나가 제1 유성 기어 장치(10)에서 토크 균형이 이루어지도록 제어되고, 그 후에 제1 결합 유닛(56)이 제1 썬 기어(22)와 제1 유성 기어 캐리어(50)를 서로 분리하도록 제어되는 것을 통해 이루어진다. 제2 기어는 제4 결합 유닛(61)이 활성화되는 것을 통해 계합되고, 이에 따라 제2 유성 기어 장치(12)에 있는 제2 링 기어(28)가 기어 하우징(42)에 확고하게 록킹된다. 이는 출력 샤프트(20)에서 희망하는 토크를 얻기 위하여 연소 엔진(4)의 회전 속도가 제어되고 또 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 토크가 제어됨으로써 제2 전기 기계(16)의 로터(30)가 제동되어 정지된 후에, 제4 결합 유닛(61)이 계합됨으로써 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42)이 서로 기계적으로 연결되는 것을 통해 이루어진다. 대안적으로, 제4 결합 유닛(61)은 제2 썬 기어(28)와 기어 하우징(42)을 부드럽게 연결하는 활주 브레이크 또는 박판 클러치로 디자인될 수 있다. 연소 엔진(4)의 제어와 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 제어를 동기시키는 것에 의해, 제1단 기어에서 제2단 기어로의 부드럽고 차단 없는 변속이 가능하다.
제2 메인 샤프트는 이제 회전하고 있고 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)에 의해 구동되고 있으며, 제2 메인 샤프트(36)는 이제 제2 톱니형 휠 드라이브(68)를 구동하고 있다. 제2 유성 기어 캐리어(51)가 이제 제2 메인 샤프트(36)를 통해 제2 톱니형 휠 드라이브(68)를 구동하고 있다. 제2 톱니형 휠(70)이 제2 톱니형 휠 드라이브(68)와 연동하고 사이드 샤프트(18)에 확고하게 연결되어 있기 때문에, 제2 톱니형 휠(70)은 사이드 샤프트(18)를 구동할 것이고, 이를 통해 사이드 샤프트(18)에 있는 제5 톱니형 휠(92)을 구동할 것이다. 제5 톱니형 휠(92)은 다시, 기어박스의 출력 샤프트(20)에 배치되어 있는 제6 톱니형 휠(94)을 통해 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)를 구동한다. 차량(1)은 이제 제2단 기어에서 추진되고 있다.
제2 톱니형 휠(70)에 의해 사이드 샤프트(18)가 회전하게 되면, 제1 톱니형 휠(64) 역시 회전할 것이다. 이렇게 해서, 사이드 샤프트(18)는 제1 톱니형 휠(64)을 구동하고, 이를 통해 제1 메인 샤프트(34)에 있는 제1 톱니형 휠 드라이브(62)를 구동한다. 제1 메인 샤프트(34)가 회전하면, 제1 썬 기어(26) 역시 회전할 것이고, 이렇게 해서, 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)의 회전 속도 및 이에 따른 제1 유성 기어 캐리어(50)의 회전 속도에 따라, 제1 링 기어(22)와 제1 전기 기계(14)의 제1 로터(24)가 회전하게 될 것이다. 이 경우, 에너지 저장 장치(46)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나에 전류를 공급하기 위하여 제1 전기 기계(14)가 발전기로 기능하게 하는 것이 가능하다. 대안적으로, 제1 전기 기계(14)가 제1 전기 기계(14)를 제어하는 제어 유닛(48)을 통해 추가 토크를 제공하여 추진 토크를 제공할 수 있다.
제2단 기어에서 제3단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제1 톱니형 휠(64)이 사이드 샤프트(18)에 대해 자유롭게 회전할 수 있도록 사이드 샤프트(18)에 있는 제1 톱니형 휠(64)이 제1 결합 요소(84)에 의해 사이드 샤프트(18)로부터 분리되어야만 한다. 이어서, 사이드 샤프트(18)는 제3 결합 요소(88)를 통해 사이드 샤프트에 있는 제3 톱니형 휠(76)에 연결된다. 사이드 샤프트(18)와 사이드 샤프트(18)에 있는 제3 톱니형 휠(76)의 연결을 달성하기 위하여, 바람직하게는 사이드 샤프트(18)와 사이드 샤프트(18)에 있는 제3 톱니형 휠(76) 사이의 회전 속도가 동기되도록 제1 전기 기계(14)가 제어된다. 회전 속도가 동기되는 것은 제1 전기 기계(14)의 제1 로터(24)의 회전 속도가 측정되는 것을 통해 그리고 출력 샤프트(20)의 회전 속도가 측정되는 것을 통해 결정될 수 있다. 이렇게 해서, 제1 메인 샤프트(34)의 회전 속도와 사이드 샤프트(18)의 회전 속도가 정해진 기어 변환비를 통해 결정될 수 있다.
사이드 샤프트(18)와 제3 톱니형 휠(76) 사이의 회전 속도가 동기되었으면, 사이드 샤프트(18)와 제3 톱니형 휠(76)이 제3 결합 요소(88)의 도움으로 연결된다. 제2단 기어로부터 제3단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제2 링 기어(28)와 제2 유성 기어 캐리어(51) 간의 록킹이 해제되어야 하는데, 이는 제1 전기 기계(14)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나가 제2 유성 기어 장치(12)에서 토크 균형이 이루어지도록 제어되고, 그 후에 제4 결합 유닛(61)이 제2 링 기어(28)와 제2 유성 기어 캐리어(51)를 서로 분리하도록 제어되는 것을 통해 이루어진다. 제3단 기어는 제1 결합 유닛(56)이 활성화되는 것을 통해 선택되고, 이에 따라 제1 유성 기어 장치(10)의 제1 썬 기어(26)가 제1 유성 기어 캐리어(50)에 확고하게 록킹된다. 이는 출력 샤프트(20)에서 희망하는 토크를 얻기 위하여 연소 엔진(4)의 회전 속도가 제어되고 또 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 토크가 제어됨으로써 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50) 사이의 회전 속도가 동기된 후에, 제1 결합 유닛(56)이 계합됨으로써 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50)가 서로 기계적으로 연결되는 것을 통해 이루어진다. 연소 엔진(4)의 제어와 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 제어를 동기시키는 것에 의해, 제2단 기어에서 제3단 기어로의 부드럽고 차단 없는 변속이 가능하다.
제1 메인 샤프트(34)는 이제 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)와 동일한 회전 속도로 회전하고 있고, 제1 메인 샤프트(34)는 이제 제1 메인 샤프트(34)를 통해 제3 톱니형 휠 드라이브(74)를 구동하고 있다. 제3 톱니형 휠(76)이 제3 톱니형 휠 드라이브(74)와 연동하고 사이드 샤프트(18)에 확고하게 연결되어 있기 때문에, 제3 톱니형 휠(76)은 사이드 샤프트(18)를 구동할 것이고, 이를 통해 사이드 샤프트(18)에 있는 제5 톱니형 휠(92)을 구동할 것이다. 제5 톱니형 휠(92)은 다시, 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)에 배치되어 있는 제6 톱니형 휠(94)을 통해 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)를 구동한다. 차량(1)은 이제 제3단 기어에서 추진되고 있다.
사이드 샤프트(18)에 있는 제3 톱니형 휠(76)에 의해 사이드 샤프트(18)가 회전하게 되면, 사이드 샤프트(18)에 있는 제2 톱니형 휠(70) 역시 회전할 것이다. 이렇게 해서, 사이드 샤프트(18)는 제2 톱니형 휠(70)을 구동하고, 이를 통해 제2 메인 샤프트(36)에 있는 제2 톱니형 휠 드라이브(68)를 구동한다. 제2 메인 샤프트(36)가 회전하면, 제2 유성 기어 캐리어(51) 역시 회전할 것이고, 이렇게 해서, 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)의 회전 속도 및 이에 따른 제2 유성 기어 캐리어(51)의 회전 속도에 따라, 제2 링 기어(28)와 제2 전기 기계(16)의 제2 로터(30)가 회전하게 될 것이다. 이 경우, 에너지 저장 장치(46)와 제1 전기 기계(14) 중 적어도 하나에 전류를 공급하기 위하여 제2 전기 기계(16)가 발전기로 기능하게 하는 것이 가능하다. 대안적으로, 제2 전기 기계(16)가 제2 전기 기계(16)를 제어하는 제어 유닛(48)을 통해 추가 토크를 제공하여 추진 토크를 제공할 수 있다.
제3단 기어에서 제4단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제2 톱니형 휠(70)이 사이드 샤프트(18)에 대해 자유롭게 회전할 수 있도록 제2 톱니형 휠(70)이 사이드 샤프트(18)로부터 분리되어야만 한다. 이어서, 사이드 샤프트(18)는 제4 결합 요소(90)의 도움으로 제4 톱니형 휠(82)에 연결된다. 사이드 샤프트(18)와 제4 톱니형 휠(82)의 연결을 달성하기 위하여, 바람직하게는 사이드 샤프트(18)와 제4 톱니형 휠(82) 사이의 회전 속도가 동기되도록 제2 전기 기계(16)가 제어된다. 회전 속도가 동기되는 것은 제2 전기 기계(16)의 제2 로터(30)의 회전 속도가 측정되는 것을 통해 그리고 출력 샤프트(20)의 회전 속도가 측정되는 것을 통해 결정될 수 있다. 이렇게 해서, 제2 메인 샤프트(36)의 회전 속도와 사이드 샤프트(18)의 회전 속도가 정해진 기어 변환비를 통해 결정될 수 있다.
사이드 샤프트(18)와 제4 톱니형 휠(82) 사이의 회전 속도가 동기되었으면, 사이드 샤프트(18)와 제4 톱니형 휠(82)이 제4 결합 요소(90)의 도움으로 연결된다. 제3단 기어로부터 제4단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50) 간의 록킹이 해제되어야 하는데, 이는 제1 전기 기계(14)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나가 제1 유성 기어 장치(10)에서 토크 균형이 이루어지도록 제어되고, 그 후에 제1 결합 유닛(56)이 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50)를 서로 분리하도록 제어되는 것을 통해 이루어진다. 제4단 기어는 제4 결합 유닛(61)이 활성화되는 것을 통해 계합되고, 이에 따라 제2 유성 기어 장치(12)의 제2 링 기어(28)가 기어 하우징(42)에 확고하게 록킹된다. 이는 출력 샤프트(20)에서 희망하는 토크를 얻기 위하여 연소 엔진(4)의 회전 속도가 제어되고 또 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 토크가 제어됨으로써 제2 링 기어(26)가 기어 하우징(42)에 대해 정지된 후에, 제4 결합 유닛(61)이 계합됨으로써 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42)이 서로 연결되는 것을 통해 이루어진다. 연소 엔진(4)의 제어와 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 제어를 동기시키는 것에 의해, 제3단 기어에서 제4단 기어로의 부드럽고 차단 없는 변속이 가능하다.
제2 메인 샤프트(36)는 이제 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)에 의해 구동되고 있고, 제2 메인 샤프트(36)는 이제 제4 톱니형 휠 드라이브(80)를 구동하고 있다. 제4 톱니형 휠(82)이 제4 톱니형 휠 드라이브(80)와 연동하고 사이드 샤프트(18)에 확고하게 연결되어 있기 때문에, 제4 톱니형 휠(82)은 사이드 샤프트(18)를 구동할 것이고, 이를 통해 사이드 샤프트(18)에 있는 제5 톱니형 휠(92)을 구동할 것이다. 제5 톱니형 휠(92)은 다시, 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)에 배치되어 있는 제6 톱니형 휠(94)을 통해 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)를 구동한다. 차량(1)은 이제 제4단 기어에서 추진되고 있다.
사이드 샤프트(18)가 제4 톱니형 휠(82)에 의해 회전하게 되면, 사이드 샤프트(18)에 있는 제3 톱니형 휠(76) 역시 회전할 것이다. 이렇게 해서, 사이드 샤프트(18)는 제3 톱니형 휠(76)을 구동하고, 이를 통해 제1 메인 샤프트(34)에 있는 제3 톱니형 휠 드라이브(74)를 구동한다. 제1 메인 샤프트(34)가 회전하면, 제1 썬 기어(26) 역시 회전할 것이고, 이렇게 해서, 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)의 회전 속도 및 이에 따른 제1 유성 기어 캐리어(50)의 회전 속도에 따라, 제1 링 기어(22)와 제1 전기 기계(14)의 제1 로터(24)가 회전하게 될 것이다. 이 경우, 에너지 저장 장치(46)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나에 전류를 공급하기 위하여 제1 전기 기계(14)가 발전기로 기능하게 하는 것이 가능하다. 대안적으로, 제1 전기 기계(14)가 제1 전기 기계(14)를 제어하는 제어 유닛(48)을 통해 추가 토크를 제공하여 추진 토크를 제공할 수 있다.
제4단 기어에서 제5단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제3 톱니형 휠(76)이 사이드 샤프트(18)에 대해 자유롭게 회전할 수 있도록 제3 톱니형 휠(76)이 제3 결합 요소(88)의 도움으로 사이드 샤프트(18)로부터 분리되어야만 한다. 이어서, 사이드 샤프트(18)가 제1 결합 요소(84)를 통해 제1 톱니형 휠(64)에 연결된다. 사이드 샤프트(18)와 제1 톱니형 휠(64)의 연결을 달성하기 위하여, 바람직하게는 사이드 샤프트(18)와 제1 톱니형 휠(64) 사이의 회전 속도가 동기되도록 제1 전기 기계(14)가 제어된다. 회전 속도가 동기되는 것은, 앞에서 설명한 것처럼, 제1 전기 기계(14)의 제1 로터(24)의 회전 속도가 측정되는 것을 통해 그리고 출력 샤프트(20)의 회전 속도가 측정되는 것을 통해 결정될 수 있다.
사이드 샤프트(18)와 제1 톱니형 휠(64) 사이의 회전 속도가 동기되었으면, 사이드 샤프트(18)와 제1 톱니형 휠(64)이 제1 결합 요소(84)의 도움으로 연결된다. 제4단 기어로부터 제5단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42) 간의 록킹이 해제되어야 하는데, 이는 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42) 간에 토크의 균형이 잡히도록 제2 전기 기계(16)가 제어되고, 그 후에 제4 결합 유닛(61)이 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42)을 서로 분리하도록 제어되는 것을 통해 이루어진다. 제4 결합 유닛(61)이 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42) 사이에서 토크를 전달하지 않고 그 후에 제3 결합 유닛(59)이 활성화되어 제1 링 기어(22)를 기어 하우징(42)에 기계적으로 록킹하는 조건에 놓여야 하도록, 토크 균형은 무-토크 조건 뿐만 아니라 반작용 토크도 포함한다. 대안적으로, 제3 결합 유닛(59)은 제1 링 기어(22)와 기어 하우징(42)을 부드럽게 연결하는 활주 브레이크 또는 박판 클러치로 디자인될 수 있다. 연소 엔진(4)의 제어와 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 제어를 동기시키는 것에 의해, 제4단 기어에서 제5단 기어로의 부드럽고 차단 없는 변속이 가능하다. 제1 링 기어(22)가 제동되어 확고하게 록킹되었으면, 제1 세트의 유성 기어(52)들이 제1 썬 기어(26)를 구동할 것이고, 이에 따라 제1 썬 기어(26)가 회전한다. 이렇게 해서, 연소 엔진(4)에 의해 발생된 토크는 제1 톱니형 휠 드라이브(62), 사이드 샤프트(18)에 있는 제1 톱니형 휠(64), 사이드 샤프트(18)에 있는 제5 톱니형 휠(92) 및 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)에 있는 제6 톱니형 휠(94)을 통해 기어박스(20)의 출력 샤프트(20)로 전달될 것이다. 차량(1)은 이제 제5단 기어에서 추진되고 있다.
사이드 샤프트(18)에 있는 제1 톱니형 휠(64)에 의해 사이드 샤프트(18)가 회전하게 되면, 사이드 샤프트(18)에 있는 제4 톱니형 휠(82) 역시 회전할 것이다. 이렇게 해서, 사이드 샤프트(18)는 제4 톱니형 휠(82)을 구동하고, 이를 통해 제2 메인 샤프트(36)에 있는 제4 톱니형 휠 드라이브(80)를 구동한다. 제2 메인 샤프트(36)가 회전하면, 제2 유성 기어 캐리어(51) 역시 회전할 것이고, 이렇게 해서, 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)의 회전 속도 및 이에 따른 제2 유성 기어 캐리어(51)의 회전 속도에 따라, 제2 링 기어(28)와 제2 전기 기계(16)의 제2 로터(30)가 회전하게 될 것이다. 이 경우, 에너지 저장 장치(46)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나에 전류를 공급하기 위하여 제2 전기 기계(16)가 발전기로 기능하게 하는 것이 가능하다. 대안적으로, 제2 전기 기계(16)가 제2 전기 기계(16)를 제어하는 제어 유닛(48)을 통해 추가 토크를 제공하여 가속 토크를 제공할 수 있다.
제5단 기어에서 제6단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제4 톱니형 휠(82)이 사이드 샤프트(18)에 대해 자유롭게 회전할 수 있도록 제4 톱니형 휠(82)이 사이드 샤프트로부터 분리되어야만 한다. 이어서, 사이드 샤프트(18)는 제2 결합 요소(86)의 도움으로 제2 톱니형 휠(70)에 연결된다. 사이드 샤프트(18)와 제2 톱니형 휠(70)의 연결을 달성하기 위하여, 바람직하게는 사이드 샤프트(18)와 제2 톱니형 휠(70)의 회전 속도가 동기되도록 제2 전기 기계(16)가 제어된다. 회전 속도가 동기되는 것은 위에서 설명한 것처럼 달성될 수 있다.
사이드 샤프트(18)와 제2 톱니형 휠(70) 사이의 회전 속도가 동기되었으면, 사이드 샤프트(18)와 제2 톱니형 휠(70)이 제2 결합 요소(86)의 도움으로 사이드 샤프트(18)에서 연결된다. 제5단 기어로부터 제6단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제1 링 기어(22)와 기어 하우징(42) 간의 록킹이 해제되어야 하는데, 이는 제1 링 기어(22)와 기어 하우징(42) 간에 토크의 균형이 잡히도록 제1 전기 기계(14)가 제어되고, 그 후에 제3 결합 유닛(59)이 제1 링 기어(22)와 기어 하우징(42)을 서로 분리하도록 제어되는 것을 통해 이루어진다. 제6단 기어는 제2 결합 유닛(58)이 활성화되는 것을 통해 선택되고, 이에 따라 제2 유성 기어 장치(12)의 제2 썬 기어(32)가 제2 유성 기어 캐리어(51)에 확고하게 록킹된다. 이는 출력 샤프트(20)에서 희망하는 토크를 얻기 위하여 연소 엔진(4)의 회전 속도가 제어되고 또 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 토크가 제어됨으로써 제2 썬 기어(32)와 제3 유성 기어 캐리어(51) 사이의 회전 속도가 동기된 후에, 제2 결합 유닛(58)이 계합됨으로써 제2 썬 기어(32)와 제2 유성 기어 캐리어(51)가 서로 기계적으로 연결되는 것을 통해 이루어진다. 대안적으로, 제2 결합 유닛(58)은 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42)을 부드럽게 연결하는 활주 브레이크 또는 박판 클러치로 디자인될 수 있다. 연소 엔진(4)의 제어와 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 제어를 동기시키는 것에 의해, 제5단 기어에서 제6단 기어로의 부드럽고 차단 없는 변속이 가능하다.
제2 메인 샤프트(36)는 이제 제2 톱니형 휠 드라이브(68)를 구동하고 있다. 제2 유성 기어 캐리어(51)가 이제 제2 메인 샤프트(36)를 통해 제2 톱니형 휠 드라이브(68)를 구동하고 있다. 사이드 샤프트(18)에 있는 제2 톱니형 휠(70)이 제2 톱니형 휠 드라이브(68)와 연동하고 사이드 샤프트(18)에 확고하게 연결되어 있기 때문에, 제2 톱니형 휠(70)은 사이드 샤프트(18)를 구동할 것이고, 이를 통해 사이드 샤프트(18)에 있는 제5 톱니형 휠(92)을 구동할 것이다. 제5 톱니형 휠(92)은 다시, 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)에 배치되어 있는 제6 톱니형 휠(94)을 통해 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)를 구동한다. 차량(1)은 이제 제6단 기어에서 추진되고 있다.
사이드 샤프트(18)가 제2 톱니형 휠(70)에 의해 회전하게 되면, 사이드 샤프트(18)에 있는 제1 톱니형 휠(64) 역시 회전할 것이다. 이렇게 해서, 사이드 샤프트(18)는 제1 톱니형 휠(64)을 구동하고, 이를 통해 제1 메인 샤프트(34)에 있는 제1 톱니형 휠 드라이브(62)를 구동한다. 제1 메인 샤프트(34)가 회전하면, 제1 썬 기어(26) 역시 회전할 것이고, 이렇게 해서, 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)의 회전 속도 및 이에 따른 제1 유성 기어 캐리어(50)의 회전 속도에 따라, 제1 링 기어(22)와 제1 전기 기계(14)의 제1 로터(24)가 회전하게 될 것이다. 이 경우, 에너지 저장 장치(46)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나에 전류를 공급하기 위하여 제1 전기 기계(14)가 발전기로 기능하게 하는 것이 가능하다. 대안적으로, 제1 전기 기계(14)가 제1 전기 기계(14)를 제어하는 제어 유닛(48)을 통해 추가 토크를 제공하여 추진 토크를 제공할 수 있다.
제6단 기어에서 제7단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제1 톱니형 휠(64)이 사이드 샤프트(18)에 대해 자유롭게 회전할 수 있도록 제1 톱니형 휠(64)이 제1 결합 요소(84)의 도움으로 사이드 샤프트(18)로부터 분리되어야만 한다. 이어서, 제1 메인 샤프트(34)가 결합 메커니즘(96)을 통해 출력 샤프트(20)에 연결된다. 결합 메커니즘(96)을 통한 제1 메인 샤프트(34)와 출력 샤프트(20)의 연결을 달성하기 위하여, 바람직하게는 제1 메인 샤프트(34)와 출력 샤프트(20) 사이의 회전 속도가 동기되도록 제1 전기 기계(14)가 제어된다. 회전 속도가 동기되는 것은 위에서 설명한 것처럼 달성될 수 있다.
제1 메인 샤프트(34)와 출력 샤프트(18) 사이의 회전 속도가 동기되었으면, 제1 메인 샤프트(34)가 결합 메커니즘(96)의 도움으로 출력 샤프트(18)에 연결된다. 대안적으로, 결합 메커니즘(96)은 슬립 클러치(slip clutch)로 이루어질 수 있다. 제6단 기어로부터 제7단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제2 썬 기어(32)와 제2 유성 기어 캐리어(51) 간의 록킹이 해제되어야 하는데, 이는 제1 전기 기계(14)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나가 제2 유성 기어 장치(12)에서 토크 균형이 이루어지도록 제어되고, 그 후에 제2 결합 유닛(58)이 제2 썬 기어(32)와 제2 유성 기어 캐리어(51)를 서로 분리하도록 제어되는 것을 통해 이루어진다. 제7단 기어는 제1 결합 유닛(56)이 활성화되는 것을 통해 선택되고, 이에 따라 제1 유성 기어 장치(10)의 제1 썬 기어(26)가 제1 유성 기어 캐리어(50)에 확고하게 록킹된다. 이는 출력 샤프트(20)에서 희망하는 토크를 얻기 위하여 연소 엔진(4)의 회전 속도가 제어되고 또 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 토크가 제어됨으로써 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50) 사이의 회전 속도가 동기된 후에, 제1 결합 유닛(56)이 계합됨으로써 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50)가 서로 연결되는 것을 통해 이루어진다. 연소 엔진(4)의 제어와 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 제어를 동기시키는 것에 의해, 제6단 기어에서 제7단 기어로의 부드럽고 차단 없는 변속이 가능하다.
제1 메인 샤프트(34)는 이제 결합 메커니즘(96)을 통해 출력 샤프트(20)를 구동하고 있다. 차량(1)은 이제 제7단 기어에서 추진된다.
사이드 샤프트(18)는 출력 샤프트(20)에 있는 제6 톱니형 휠(94)에 의해 회전하게 된다. 이는 사이드 샤프트(18)에 있는 제2 톱니형 휠(70) 역시 회전할 것이라는 의미이다. 이렇게 해서, 사이드 샤프트(18)는 제2 톱니형 휠(70)을 구동하고, 이를 통해 제2 메인 샤프트(36)에 있는 제2 톱니형 휠 드라이브(68)를 구동한다. 제2 메인 샤프트(36)가 회전하면, 제2 유성 기어 캐리어(51) 역시 회전할 것이고, 이렇게 해서, 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)의 회전 속도 및 제2 유성 기어 캐리어(51)의 회전 속도에 따라, 제2 링 기어(28)와 제2 전기 기계(16)의 제2 로터(30)가 회전하게 될 것이다. 이 경우, 에너지 저장 장치(46)와 제1 전기 기계(14) 중 적어도 하나에 전류를 공급하기 위하여 제2 전기 기계(16)가 발전기로 기능하게 하는 것이 가능하다. 대안적으로, 제2 전기 기계(16)가 제2 전기 기계(16)를 제어하는 제어 유닛(48)을 통해 추가 토크를 제공하여 추진 토크를 제공할 수 있다.
제7단 기어에서 제8단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제2 톱니형 휠(70)이 사이드 샤프트(18)에 대해 자유롭게 회전할 수 있도록 제2 톱니형 휠(70)이 사이드 샤프트(18)로부터 분리되어야만 한다. 이어서, 사이드 샤프트(18)는 제4 결합 요소(90)의 도움으로 제4 톱니형 휠(82)에 연결된다. 사이드 샤프트(18)와 제4 톱니형 휠(82)의 연결을 달성하기 위하여, 바람직하게는 사이드 샤프트(18)와 제4 톱니형 휠(82) 사이의 회전 속도가 동기되도록 제2 전기 기계(16)가 제어된다. 회전 속도가 동기되는 것은 위에서 설명한 것처럼 달성될 수 있다.
사이드 샤프트(18)와 제4 톱니형 휠(82) 사이의 회전 속도가 동기되었으면, 사이드 샤프트(18)와 제4 톱니형 휠(82)이 제4 결합 요소(90)의 도움으로 연결된다. 제7단 기어에서 제8단 기어로 기어를 변경하기 위하여, 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50) 간의 록킹이 해제되어야 하는데, 이는 제1 전기 기계(14)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나가 제1 유성 기어 장치(10)에서 토크 균형이 이루어지도록 제어되고, 그 후에 제1 결합 유닛(56)이 제1 썬 기어(26)와 제1 유성 기어 캐리어(50)를 서로 분리하도록 제어되는 것을 통해 이루어진다. 제8단 기어는 제2 결합 유닛(58)이 활성화되는 것을 통해 선택되고, 이에 따라 제2 유성 기어 장치(12)의 제2 썬 기어(32)가 제2 유성 기어 캐리어(51)에 확고하게 록킹된다. 이는 제2 썬 기어(32)가 제2 유성 기어 캐리어(51) 간의 회전 속도가 동기되도록 연소 엔진(4)이 제어된 후에, 제2 결합 유닛(58)이 계합됨으로써 제2 썬 기어(32)가 제2 유성 기어 캐리어(51)가 서로 연결되는 것을 통해 이루어진다. 연소 엔진(4)의 제어와 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)의 제어를 동기시키는 것에 의해, 제7단 기어에서 제8단 기어로의 부드럽고 차단 없는 변속이 가능하다.
제2 메인 샤프트(36)는 이제 제4 톱니형 휠 드라이브(80)를 구동하고 있다. 제4 톱니형 휠(82)이 제4 톱니형 휠 드라이브(80)와 연동하고 사이드 샤프트(18)에 확고하게 연결되어 있기 때문에, 제4 톱니형 휠(82)은 사이드 샤프트(18)를 구동할 것이고, 이를 통해 사이드 샤프트(18)에 있는 제5 톱니형 휠(82)을 구동할 것이다. 제5 톱니형 휠(92)은 다시, 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)에 배치되어 있는 제6 톱니형 휠(94)을 통해 기어박스(2)의 출력 샤프트(20)를 구동한다. 차량(1)은 이제 제8단 기어에서 추진되고 있다.
결합 메커니즘(96)이 적용되었기 때문에, 출력 샤프트는 제1 메인 샤프트(34)를 구동할 것이다. 제1 메인 샤프트(34)가 회전하면, 제1 썬 기어(26) 역시 회전할 것이고, 이렇게 해서, 연소 엔진(4)의 출력 샤프트(97)의 회전 속도 및 이에 따른 제1 유성 기어 캐리어(50)의 회전 속도에 따라, 제1 링 기어(22)와 제1 전기 기계(14)의 제1 로터(24)가 회전하게 될 것이다. 이 경우, 에너지 저장 장치(46)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나에 전류를 공급하기 위하여 제1 전기 기계(14)가 발전기로 기능하게 하는 것이 가능하다. 대안적으로, 제1 전기 기계(14)가 제1 전기 기계(14)를 제어하는 제어 유닛(48)을 통해 추가 토크를 제공하여 추진 토크를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 디자인에 따르면, 기어박스(2)는 회전 속도와 토크를 전달하기 위하여 메인 샤프트들(34, 36)과 사이드 샤프트(18)에 배치되어 있는 톱니형 휠 드라이브들(62, 68, 74, 80)과 톱니형 휠들(64, 70, 76, 82)을 포함한다. 그러나, 기어박스(2)에서 회전 속도와 토크를 전달하기 위하여 체인 및 벨트 변속기와 같은 다른 종류의 변속기를 사용하는 것도 가능하다.
상술한 실시예에 따르면, 변속 장치(19)는 네 개의 기어쌍들(60, 66, 72, 78)을 구비하고 있다. 그러나, 변속 장치(19)는 자유로이 선택된 수의 기어쌍들을 포함할 수 있다.
위에서 설명했던 것처럼, 토크는 출력 샤프트(20)에서 기어박스(2)로부터 인출된다. 또한, 토크를 제1 메인 샤프트(34) 또는 제2 메인 샤프트(36)로부터 바로 인출하거나, 혹은 사이드 샤프트(18)로부터 바로 인출하는 것도 가능하다. 또한, 토크는 샤프트들(18, 34, 36) 중 두 개 또는 세 개로부터 동시에 병렬적으로 인출될 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 기어박스(2) 제어 방법에 관한 흐름도이다. 본 발명에 따른 방법은,
a) 제1 전기 기계(14)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나를, 제1 유성 기어 장치(10)와 제2 유성 기어 장치(12)에서의 토크 균형을 이루도록 뿐만 아니라, 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50) 사이에서 그리고 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51)에서 회전 속도가 동기되도록 제어하는 단계; 및
b) 제어될 수 있는 제1 결합 유닛(56) 또는 제2 결합 유닛(58)을, 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50) 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51)을 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50; 28, 32, 51)이 동기되었을 때 연결하기 위하여, 그리고 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50) 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51)을 연관된 유성기어(10, 12)에서 토크 균형이 이루어졌을 때 분리하기 위하여 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은,
c) 제1 전기 기계(14) 또는 제2 전기 기계(16)를, 회전 속도를 동기시키기 위하여 혹은 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50) 중 하나 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51) 중 하나와 기어 하우징(42) 사이의 토크 균형을 이루기 위하여 제어하는 단계; 및
d) 제어될 수 있는 제3 결합 유닛(59) 또는 제4 결합 유닛(61)을, 제1 유성 기어 장치(10)의 회전 가능한 컴포넌트(22, 26, 50) 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 회전 가능한 컴포넌트(28, 32, 51)를 기어 하우징(42)과 계합시키거나 혹은 분리시키기 위하여 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 추가 단계에 따르면, 입력 샤프트(8)에 연결되어 있는 연소 엔진(4)을, 제1 메인 샤프트(34) 및 제2 메인 샤프트(36)의 회전 속도와 토크 중 적어도 하나가 영향을 받도록 제어된다.
본 발명의 추가 단계에 따르면, 단계 a) 와 단계 c)에서, 전기 기계들(14, 16) 중 하나로 전기 에너지를 발생시켜서 다른 전기 기계(14, 16)를 구동한다.
본 발명의 추가 단계에 따르면, 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)가 제1 메인 샤프트(34) 및 제2 메인 샤프트(36)의 토크가 일정하거나 혹은 연속적으로 변하도록 제어된다.
이렇게 해서, 예를 들어 차량(1)의 가속 또는 감속 중에, 출력 샤프트(20)의 토크가 일정하거나 혹은 연속적으로 변하는 것을 통해, 기어의 변경이 토크의 차단 없이 이루어질 수 있다.
따라서, 명시된 방법은 상술한 실시예에서 설명한 모든 기어들에 상응하는 기어 변경의 모든 단계들을 포함한다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 기어박스(2)의 제어를 위한 루틴들을 포함하는 컴퓨터 프로그램(P)이 제공된다.
컴퓨터 프로그램(P)은, 회전 속도를 동기시키기 위하여 또는 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50) 중 하나 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51) 중 하나 사이의 토크 균형을 이루도록, 제1 전기 기계(14) 또는 제2 전기 기계(16)를 제어하는 루틴을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은, 제어될 수 있는 제1 결합 유닛(56) 또는 제2 결합 유닛(58)을, 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50) 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51)을 계합 또는 분리하기 위하여 제어하는 루틴을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은, 제1 전기 기계(14) 또는 제2 전기 기계(16)를, 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50) 중 하나 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51) 중 하나와 기어 하우징(42) 사이의 토크 균형을 이루기 위하여 제어하는 루틴을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은, 제어될 수 있는 제3 결합 유닛(59) 또는 제4 결합 유닛(61)을, 제1 유성 기어 장치(10)의 회전 가능한 컴포넌트(22, 26, 50) 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 회전 가능한 컴포넌트(28, 32, 51)를 기어 하우징(42)과 계합시키거나 혹은 분리시키기 위하여 제어하는 루틴을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은, 입력 샤프트(8)에 연결되어 있는 연소 엔진(4)을, 제1 메인 샤프트(34) 및 제2 메인 샤프트(36)의 회전 속도와 토크 중 적어도 하나가 영향을 받도록 제어하는 루틴을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은, 단계 a) 와 단계 c)에서, 전기 기계들(14, 16) 중 하나로 전기 에너지를 발생시켜서 다른 전기 기계(14, 16)를 구동하는 루틴을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은, 제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)가 제1 메인 샤프트(34) 및 제2 메인 샤프트(36)의 토크가 일정하거나 혹은 연속적으로 변하도록 제어하는 루틴을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은 메모리(M)와 읽기/쓰기 메모리(R) 중 적어도 하나에 실행 가능한 형태 또는 압축된 형태로 저장될 수 있다. 상기 프로그램 코드는 컴퓨터(53)에 의해 독출될 수 있는 상기 매체에 영구적인 형태로 저장될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 컴퓨터 프로그램이 제어 유닛(48) 또는 제어 유닛(48)에 연결되어 있는 다른 컴퓨터(53)에서 실행되면, 앞에서 설명한 방법 단계들을 수행하기 위하여, 컴퓨터(53)에 의해 독출될 수 있는 매체에 저장되어 있는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에도 관한 것이다.
명시된 컴포넌트들과 위에서 명시된 구별되는 특징들은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 명시된 구현례들 간에 서로 조합될 수 있다.

Claims (22)

  1. 입력 샤프트(8)와 출력 샤프트(20); 입력 샤프트(8)에 연결되는 제1 유성 기어 장치(10); 제1 유성 기어 장치(10)에 연결되는 제2 유성 기어 장치(12); 제1 유성 기어 장치에 연결되는 제1 전기 기계(14); 제2 유성 기어 장치(12)에 연결되는 제2 전기 기계(16); 제1 유성 기어 장치(10)에 연결되는 제1 메인 샤프트(34); 및 제2 유성 기어 장치(12)에 연결되는 제2 메인 샤프트(36)를 포함하는 기어박스에 있어서,
    제어될 수 있는 제1 결합 유닛(56)이 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50)을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치되고; 그리고
    제어될 수 있는 제2 결합 유닛(58)이 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51)을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치되며,
    이에 따라 제1 메인 샤프트(34)와 제2 샤프트(36)의 회전 속도와 토크 중 적어도 하나가 제1 결합 유닛(56) 및 제2 결합 유닛(58) 중 적어도 하나를 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50, 28, 32, 51)이 계합 상태 또는 분리 상태가 되도록 제어하는 것에 의해 영향을 받을 수 있는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  2. 제1항에 있어서,
    제어될 수 있는 제3 결합 유닛(59)이 제1 유성 기어 장치(10)의 회전 가능한 컴포넌트(22, 26, 50)와 기어 하우징(42)을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치되고; 그리고
    제어될 수 있는 제4 결합 유닛(61)이 제2 유성 기어 장치(12)의 회전 가능한 컴포넌트(28, 32, 51)와 기어 하우징(42)을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치되며,
    이에 따라 제1 메인 샤프트(34)와 제2 샤프트(36)의 회전 속도와 토크 중 적어도 하나가 제3 결합 유닛(59) 및 제4 결합 유닛(61) 중 적어도 하나를 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50, 28, 32, 51)이 계합 상태 또는 분리 상태가 되도록 제어하는 것에 의해 영향을 받을 수 있는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  3. 제2항에 있어서,
    제3 결합 유닛(59)이 제1 유성 기어 장치(10)에 배치된 제1 링 기어(22)와 기어 하우징(42)을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치되고; 그리고
    제4 결합 유닛(61)이 제1 유성 기어 장치(12)에 배치된 제2 링 기어(28)와 기어 하우징(42)을 서로 분리 가능하게 연결하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 유성 기어 장치(10)의 제1 유성 기어 캐리어(50)가 제2 유성 기어 장치(12)의 제2 썬 기어(32)에 연결되고;
    제1 유성 기어 장치(10)의 제1 썬 기어(26)가 제1 메인 샤프트(34)에 연결되고; 그리고
    제2 유성 기어 장치(12)의 제2 유성 기어 캐리어(51)가 제2 메인 샤프트(36)에 연결되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  5. 제4항에 있어서,
    제1 결합 유닛(56)이 제1 썬 기어(26)를 제1 유성 기어 캐리어(50)에 분리 가능하게 연결하도록 배치되고; 그리고
    제2 결합 유닛(58)이 제2 썬 기어(32)를 제2 유성 기어 캐리어(51)에 분리 가능하게 연결하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    입력 샤프트(8)가 제1 유성 기어 캐리어(50)에 연결되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  7. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    결합 메커니즘(96)이 제1 메인 샤프트(34)와 제2 메인 샤프트(36) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  8. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 기어쌍(60)이 제1 유성 기어 장치(10)와 출력 샤프트(20) 사이에 배치되고; 그리고
    제2 기어쌍(66)이 제2 유성 기어 장치(12)와 출력 샤프트(20) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  9. 제8항에 있어서,
    제1 기어쌍(60)이 서로 연동하는 제1 톱니형 휠 드라이브(62)와 제1 톱니형 휠(64)을 포함하며, 제1 톱니형 휠 드라이브(62)는 제1 메인 샤프트(34)에 확고하게 배치되고, 제1 톱니형 휠(64)은 사이드 샤프트(18)에 계합 및 분리될 수 있게 배치되며;
    제2 기어쌍(66)이 서로 연동하는 제2 톱니형 휠 드라이브(68)와 제2 톱니형 휠(70)을 포함하며, 제2 톱니형 휠 드라이브(68)는 제2 메인 샤프트(36)에 확고하게 배치되고, 제2 톱니형 휠(70)은 사이드 샤프트(18)에 계합 및 분리될 수 있게 배치되며; 그리고
    사이드 샤프트(18)가 출력 샤프트(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  10. 제9항에 있어서,
    제3 기어쌍(72)이 제1 유성 기어 장치(10)와 출력 샤프트(20) 사이에 배치되고, 서로 연동하는 제3 톱니형 휠 드라이브(74)와 제3 톱니형 휠(76)을 포함하며, 제3 톱니형 휠 드라이브(74)는 제1 메인 샤프트(34)에 확고하게 배치되고, 제3 톱니형 휠(76)은 사이드 샤프트(18)에 계합 및 분리될 수 있게 배치되며; 그리고
    제4 기어쌍(78)이 제2 유성 기어 장치(12)와 출력 샤프트(20) 사이에 배치되고, 서로 연동하는 제4 톱니형 휠 드라이브(80)와 제4 톱니형 휠(82)을 포함하며, 제4 톱니형 휠 드라이브(80)는 제2 메인 샤프트(36)에 확고하게 배치되고, 제4 톱니형 휠(82)은 사이드 샤프트(18)에 계합 및 분리될 수 있게 배치되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    사이드 샤프트(18)가 최종 기어를 통해 출력 샤프트(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  12. 제11항에 있어서,
    최종 기어가 사이드 샤프트(18)에 확고하게 배치되는 제5 톱니형 휠(92)과 츨력 샤프트(20)에 확고하게 배치되는 제6 톱니형 휠(94)을 포함하며, 제5 톱니형 휠(92)과 제6 톱니형 휠(94)은 서로 연동하는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  13. 제9항 및 제10항에 있어서,
    제1 톱니형 휠(64), 제2 톱니형 휠(70), 제3 톱니형 휠(76) 및 제4 톱니형 휠(82)이 제1 결합 요소(84), 제2 결합 요소(86), 제3 결합 요소(88) 및 제4 결합 요소(90)에 의해 사이드 샤프트(18)에 계합 및 분리 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  14. 제3항에 있어서,
    제1 전기 기계(14)의 제1 로터(24)가 제1 링 기어(22)에 연결되고; 그리고
    제2 전기 기계(16)의 제2 로터(30)가 제2 링 기어(28)에 연결되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  15. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 따른 기어박스(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량(1).
  16. 입력 샤프트(8)와 출력 샤프트(20); 입력 샤프트(8)에 연결되는 제1 유성 기어 장치(10); 제1 유성 기어 장치(10)에 연결되는 제2 유성 기어 장치(12); 제1 유성 기어 장치에 연결되는 제1 전기 기계(14); 제2 유성 기어 장치(12)에 연결되는 제2 전기 기계(16); 제1 유성 기어 장치(10)에 연결되는 제1 메인 샤프트(34); 및 제2 유성 기어 장치(12)에 연결되는 제2 메인 샤프트(36)를 포함하는 기어박스(2)를 제어하는 기어박스 제어 방법에 있어서,
    a) 제1 전기 기계(14)와 제2 전기 기계(16) 중 적어도 하나를, 제1 유성 기어 장치(10)와 제2 유성 기어 장치(12)에서의 토크 균형을 이루도록 뿐만 아니라, 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50) 사이에서 그리고 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51)에서 회전 속도가 동기되도록 제어하는 단계; 및
    b) 제어될 수 있는 제1 결합 유닛(56) 또는 제2 결합 유닛(58)을, 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50) 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51)을 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50; 28, 32, 51)이 동기되었을 때 연결하기 위하여, 그리고 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50) 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51)을 연관된 유성기어(10, 12)에서 토크 균형이 이루어졌을 때 분리하기 위하여 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    c) 제1 전기 기계(14) 또는 제2 전기 기계(16)를, 제1 유성 기어 장치(10)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(22, 26, 50) 중 하나 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 두 개의 회전 가능한 컴포넌트들(28, 32, 51) 중 하나와 기어 하우징(42) 사이의 토크 균형을 이루기 위하여 제어하는 단계; 및
    d) 제어될 수 있는 제3 결합 유닛(59) 또는 제4 결합 유닛(61)을, 제1 유성 기어 장치(10)의 회전 가능한 컴포넌트(22, 26, 50) 또는 제2 유성 기어 장치(12)의 회전 가능한 컴포넌트(28, 32, 51)를 기어 하우징(42)과 계합시키거나 혹은 분리시키기 위하여 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    입력 샤프트(8)에 연결되어 있는 연소 엔진(4)을, 제1 메인 샤프트(34) 및 제2 메인 샤프트(36)의 회전 속도와 토크 중 적어도 하나가 영향을 받도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 a) 와 단계 c)에서,
    전기 기계들(14, 16) 중 하나로 전기 에너지를 발생시켜서 다른 전기 기계(14, 16)를 구동하는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  20. 제19항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 전기 기계(14) 및 제2 전기 기계(16)가 제1 메인 샤프트(34) 및 제2 메인 샤프트(36)의 토크가 일정하거나 혹은 연속적으로 변하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  21. 기어박스를 제어하는 컴퓨터 프로그램(P)으로서, 전자 제어 유닛(48) 또는 상기 전자 제어 유닛(48)에 연결되는 다른 컴퓨터(53)가 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 단계들을 수행하게 하는 프로그램 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
  22. 전자 제어 유닛(48) 또는 상기 전자 제어 유닛(48)에 연결되는 다른 컴퓨터(53)에서 실행되면 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 방법 단계들을 수행하기 위하여 컴퓨터에 의해 독출될 수 있는 매체에 저장되는 프로그램 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제품.
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