KR20170070581A - 하이브리드 자동차의 구동 시스템 - Google Patents

하이브리드 자동차의 구동 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차의 구동 시스템에 관한 것으로서, 종래의 E-4WD 시스템에 비해 적은 수의 모터를 이용하여 2WD 뿐만 아니라 4WD 주행이 가능하도록 하는 E-4WD 하이브리드 시스템을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 전륜을 구동하기 위한 동력을 발생시키는 엔진; 후륜을 구동할 수 있도록 후륜에 동력 전달 가능하게 연결된 제1모터; 상기 엔진과 동력 전달 가능하게 연결된 제2모터; 상기 엔진과 제2모터, 전륜 사이에 개재되어 동력을 전달하는 유성기어장치; 상기 유성기어장치와 전륜 사이에 개재되어 선택적으로 동력을 전달하거나 차단하는 제1클러치; 및 상기 유성기어장치의 회전요소 중 적어도 하나와 차량 내 고정구조물 사이에 개재되어 상기 회전요소를 선택적으로 고정요소로 전환해주는 단속수단을 포함하는 하이브리드 자동차의 구동 시스템이 개시된다.

Description

하이브리드 자동차의 구동 시스템{Drive system of hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 자동차의 구동 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량을 주행시키기 위해 엔진과 전기모터를 사용하여 전륜과 후륜을 구동할 수 있는 하이브리드 자동차의 E-4WD 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 자동차는 화석연료를 사용하는 내연기관 엔진(ICE:Internal Combustion Engine)과 전기에너지를 사용하는 전기모터를 구동원으로 사용하여 주행하는 차량으로, 주행시 화석연료의 에너지와 전기에너지를 함께 사용할 수 있으므로 배기가스 저감 및 연비 향상이 가능해지는 친환경 자동차이다.
하이브리드 자동차의 파워트레인 형태로는 전기모터가 변속기 측에 배치된 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식이 잘 알려져 있다.
통상의 TMED 방식에서는 전기모터의 출력 측에 변속기가 배치되고 엔진과 전기모터 사이에 엔진 클러치가 배치되어, 엔진 클러치의 결합 상태에서 엔진과 전기모터의 동력이 변속기를 통해 구동륜인 전륜에 전달될 수 있도록 되어 있다.
또한, TMED 방식의 2WD(2 Wheel Drive) 하이브리드 자동차에서는 차량의 두 구동원인 엔진과 전기모터를 구동륜인 전륜 측에 동력 전달 가능하게 함께 배치하고, 차량 주행시 엔진과 전기모터의 토크를 오버레이(Overlay)하여 변속기를 통해 전달하는 방식으로 전륜의 구동토크를 제어한다.
도 1은 하이브리드 자동차의 파워트레인 구성을 나타낸 도면으로서, 차량을 구동하는 전기모터(이하 '구동모터'라 칭함)가 변속기 측에 붙어 있는 TMED 방식의 파워트레인 구성을 예시하고 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 하이브리드 자동차의 파워트레인 구성은, 차량 주행을 위한 구동원으로서 직렬로 배치되는 엔진(1)과 구동모터(3), 엔진(1)과 구동모터(3) 사이에 동력을 선택적으로 연결 또는 차단하도록 배치되는 엔진 클러치(2), 엔진(1) 및 구동모터(3)의 동력을 변속하여 구동축으로 전달하는 변속기(4), 엔진(1)과 동력 전달 가능하게 직결된 하이브리드 스타터-제너레이터(HSG:Hybrid Starter and Generator, 이하 'HSG'라 칭함)(5)를 포함한다.
이러한 구성에서 엔진 클러치(2)는 결합 및 분리의 선택적인 작동을 통해 차량을 구동하는 두 구동원, 즉 엔진(1)과 구동모터(3) 사이에 동력을 연결하거나 차단하게 된다.
상기 구동모터(3)는 차량 주행시 엔진(1)과 함께 또는 단독으로 차량을 구동하는 구동수단으로 사용되며, 차량 제동시나 관성에 의한 타행 주행시에는 구동모터(3)가 발전기로 작동하여 배터리(7)를 충전하는 에너지 회생 모드가 수행된다.
또한, 차량의 동력원(전력원)이 되는 배터리(7)가 인버터(6)를 통해 차량의 모터, 즉 구동모터(3)와 HSG(5)에 충, 방전 가능하게 연결되는데, 인버터(6)는 구동모터(3)와 HSG(5)의 구동을 위해 배터리(7)의 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 구동모터와 HSG에 인가한다.
상기 HSG(5)는 시동모터와 발전기가 별도로 장착되는 일반 내연기관 자동차와 달리 하이브리드 자동차에서 시동모터와 발전기의 통합된 기능을 수행하는 장치로서, 구동시 자체 동력을 벨트 및 풀리 등의 동력전달기구를 통해 엔진(1)에 전달하여 엔진을 시동하거나, 엔진(1)에서 전달되는 회전력으로 발전을 수행하며, 발전 작동시 생성되는 전기에너지로 배터리(7)를 충전한다.
한편, 도 1과 같은 하이브리드 자동차 구동 시스템은 전륜을 구동륜으로 하는 2WD(2 Wheel Drive) 시스템으로 구현될 수 있고, 도 2는 이러한 2WD 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
또한, 상기와 같은 2WD 전륜 구동 차량의 구동 시스템을 기반으로 하는 4륜 구동(4WD:4 Wheel Drive) 하이브리드 자동차의 구동 시스템이 제시된 바 있다.
도 3은 종래기술에 따른 E-4WD 시스템의 구성을 간략히 도시한 도면으로, 도시된 바와 같이 기계적 동력장치 부분인 프로펠러 샤프트를 제거하고, 전륜(F) 측 구동원인 엔진(1)과 구동모터(MG1:3)에 더하여 후륜(R)에 구동모터(MG2:9)를 추가로 장착하여 E-4WD(Electric-4WD) 기능을 구현한다.
상기와 같이 E-4WD 시스템이 적용된 하이브리드 자동차는 전륜(F)과 후륜(R)에 각각 독립적인 구동수단을 가지고 있으며, 각각의 구동수단이 주행 조건에 따라 독립적으로 구동되거나 함께 구동될 수 있다.
이와 같은 E-4WD 시스템은 기존의 2WD 시스템에서 큰 변경 없이 후륜 모터(9)를 추가하는 것으로 4WD 기능을 구현할 수 있으므로 개발이 용이하다는 장점이 있다.
그러나, 2WD 시스템에 후륜 구동을 위한 모터, 즉 후륜 모터(9)를 추가로 장착하여 E-4WD 시스템을 구현하고 있으므로 전륜 모터(MG1:3)와 HSG(5)의 모터 2개와 후륜 모터(MG2:9) 1개를 포함하여 총 3개의 모터를 필요로 하므로 불필요한 원가 상승 및 중량 증가가 발생한다.
특히, 기존의 2WD 하이브리드 구동 시스템을 최적화하여 변경하지 아니하고 후륜 구동을 위한 모터(9)로 전륜 모터(3)와 마찬가지로 대용량 모터를 사용하으며, 따라서 전, 후륜 모터(3,9)의 기능 중복(Redundancy) 등으로 인해 원가 및 중량 상승의 문제점이 나타나고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 종래의 E-4WD 시스템에 비해 적은 수의 모터를 이용하여 2WD 뿐만 아니라 4WD 주행이 가능하도록 하는 하이브리드 자동차의 구동 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 전륜을 구동하기 위한 동력을 발생시키는 엔진; 후륜을 구동할 수 있도록 후륜에 동력 전달 가능하게 연결된 제1모터; 상기 엔진과 동력 전달 가능하게 연결된 제2모터; 상기 엔진과 제2모터, 전륜 사이에 개재되어 동력을 전달하는 유성기어장치; 상기 유성기어장치와 전륜 사이에 개재되어 선택적으로 동력을 전달하거나 차단하는 제1클러치; 및 상기 유성기어장치의 회전요소 중 적어도 하나와 차량 내 고정구조물 사이에 개재되어 상기 회전요소를 선택적으로 고정요소로 전환해주는 단속수단을 포함하는 하이브리드 자동차의 구동 시스템을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 상기 엔진의 회전축이 유성기어장치의 캐리어에 동력 전달 가능하게 연결되고, 상기 제2모터의 회전축이 유성기어장치의 선기어에 동력 전달 가능하게 연결되며, 전륜의 구동축이 상기 제1클러치를 개재한 상태로 유성기어장치의 링기어에 동력 전달 가능하게 연결된 구성을 가질 수 있다.
또한, 상기 단속수단은, 상기 유성기어장치의 링기어와 차량 내 고정구조물 사이에는 개재되는 제2클러치; 및 상기 유성기어장치의 캐리어와 차량 내 고정구조물 사이에 개재되는 제3클러치를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기한 본 발명의 구동 시스템은, 차량의 주행 모드 중 하나로서, 제1클러치를 결합하고, 제2클러치 및 제3클러치는 분리하며, 엔진과 제1모터를 구동하여, 유성기어장치를 통해 전륜 구동축과 제2모터에 전달되는 엔진 동력에 의해 제2모터가 발전기로 작동하는 동시에 전륜이 구동되고 제1모터에 의해 후륜이 구동되는 4륜 구동 파워 스플릿 모드를 가진다.
또한, 상기한 본 발명의 구동 시스템은, 차량의 주행 모드 중 하나로서, 제2클러치를 결합하고, 제1클러치 및 제3클러치는 분리하며, 엔진과 제1모터를 구동하여, 상기 유성기어장치를 통해 전달되는 엔진 동력에 의해 제2모터가 발전기로 작동되고 상기 제1모터에 의해 후륜이 구동되는 직렬 모드를 가진다.
또한, 상기한 본 발명의 구동 시스템은, 차량의 주행 모드 중 하나로서, 제1클러치 및 제3클러치를 결합하고, 제2클러치는 분리하여, 전륜으로부터 유성기어장치를 통해 제2모터에 회전력이 전달되면서 제2모터에 의한 회생 제동이 이루어지는 동시에 후륜으로부터 제1모터에 회전력이 전달되면서 제1모터에 의한 에너지 회생이 이루어지는 회생 모드를 가진다.
또한, 상기한 본 발명의 구동 시스템은, 차량의 주행 모드 중 하나로서, 제1클러치와 제3클러치를 결합하고, 제2클러치는 분리하며, 제1모터와 제2모터를 모두 구동하여, 제1모터에 의해 후륜이 구동하고 제2모터의 동력이 유성기어장치를 통해 전륜 구동축으로 전달되어 전륜이 구동하는 EV 모드를 가진다.
또한, 상기한 본 발명의 구동 시스템에서는, 상기 제2클러치를 결합하여 유성기어장치의 링기어가 고정요소가 되도록 한 상태에서 상기 제2모터를 구동하여 유성기어장치를 통해 엔진으로 전달되는 제2모터의 동력에 의해 엔진 시동이 이루어질 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 구동 시스템에 의하면, 후륜을 구동하기 위한 제1모터를 탑재함과 더불어, 엔진과 제2모터, 전륜 구동축 사이에 유성기어장치를 개재하고, 유성기어장치의 구성요소 중 일부를 고정요소로 작동시키기 위한 클러치를 구비함으로써, 모터 2개만으로도 엔진 시동 모드, 파워 스플릿 모드, 엔진 단독 구동 모드, 직렬 모드, 회생 모드, EV 모드 등의 다양한 모드를 구현할 수 있는 것은 물론 4WD 주행까지 구현할 수 있게 된다.
특히, 정체 구간에서 우수한 연비 효과를 나타내는 직렬 모드가 구현될 수 있음은 물론, 전륜과 후륜이 함께 구동하는 4WD EV 모드가 추가됨으로써 기존의 2WD 하이브리드 시스템과 비교할 때 연비 향상의 효과를 기대할 수 있게 된다.
또한, 모터 3개를 필요로 하는 종래의 E-4WD 시스템에 비해 모터 수를 축소할 수 있으므로 원가 절감 및 중량 저감의 이점이 있게 된다.
또한, 전륜과 후륜을 모두 이용하여 회생제동을 구현할 수 있게 됨에 따라 연비 향상의 효과가 더욱 증대될 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 파워트레인 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 2WD 시스템의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 3은 종래기술에 따른 4WD 시스템의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차용 4WD 구동 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 구동 시스템이 적용된 4WD 하이브리드 자동차의 여러 주행 모드를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차용 4WD 구동 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 차량을 구동하는 구동원으로서 엔진(10)과 2개의 모터(9,11)가 탑재된다.
이 중에서 차량이 전륜(F)을 구동하여 주행할 때 상기 엔진(10)은 전륜(F)을 구동하기 위한 동력을 제공하고, 이때 엔진(10)의 동력이 전륜(F)에 전달될 수 있도록 동력전달기구의 작동이 제어된다.
또한, 후술하는 바와 같이 직렬 모드에서는 엔진(10)의 동력이 제2모터(11)를 발전기로 작동시키는데 필요한 발전 동력으로 제공되며, 제2모터(11)가 엔진(10)의 동력을 전달받아 발전기로 작동할 때 발생하는 전기에너지는 차량 내 에너지 저장수단인 배터리(도시하지 않음)에 저장된다.
또한, 상기한 2개의 모터 중 하나는 엔진(10)과 동력 전달 가능하게 연결되어 엔진 시동 및 발전을 위해 사용되는 모터(11), 즉 기존의 하이브리드 스타터-제너레이터(HSG)로 사용됨과 더불어 전기차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드에서 전륜(F)에 동력을 제공하여 전륜을 구동하는 모터이고, 다른 하나는 후륜(R)을 구동하기 위한 동력을 제공하도록 사용되는 모터(9), 즉 후륜 모터이다.
이하, 본 명세서에서 후륜 모터(9)를 제1모터(MG1)라 칭하기로 하고, 엔진(10)에 동력 전달 가능하게 연결된 나머지 다른 하나의 모터(11)를 제2모터(MG2)라 칭하기로 한다.
먼저, 제1모터(9)는 후륜(R)을 구동하기 위한 모터로서, 구동시 발생하는 동력을 후륜에 전달할 수 있도록 차량에 장착되고, 차량의 에너지 저장수단인 배터리로부터 전력을 공급받아 구동한다.
또한, 제2모터(11)는 동력전달기구인 유성기어장치(12)를 통해 엔진(10)과 동력 전달 가능하게 연결되고, 이때 엔진(10)과 제2모터(11), 전륜(F)의 구동축(31) 사이에 유성기어장치(12)가 개재된다.
상기 유성기어장치(12)는 통상의 구성대로 선기어(13), 상기 선기어(13)와 외접으로 맞물리는 피니언(14), 상기 피니언(14)과 내접으로 맞물리는 링기어(15), 및 상기 피니언(14)들을 일체로 결합하여 지지하는 캐리어(16)를 포함한다.
이러한 유성기어기구에서 회전요소는 선기어(13)와 링기어(15), 캐리어(16)가 될 수 있는데, 본 발명의 실시예에서 상기 선기어(13)와 링기어(15)는 선택적으로 고정요소가 될 수 있도록 후술하는 바와 같이 차량 내 고정구조물과 클러치(22,23)를 개재한 상태로 연결된다.
또한, 엔진(10)의 회전축이 유성기어장치(12)의 캐리어(16)에 동력 전달 가능하게 연결되고, 제2모터(11)의 회전축은 유성기어장치(12)의 선기어(13)에 동력 전달 가능하게 연결된다.
또한, 전륜(F)의 구동축(31)이 제1클러치(21)를 개재한 상태로 유성기어장치(12)의 링기어(15)에 동력 전달 가능하게 연결된다.
이러한 구성에서 도면에는 나타내지 않았으나 제1클러치(21)와 전륜(F)의 구동축(31) 사이에 변속기가 배치될 수 있다.
상기 제1클러치(21)는 차량의 구동원과 전륜(F) 사이에 동력을 선택적으로 전달하거나 차단하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 유성기어장치(12)의 링기어(15)와 전륜(F)의 구동축(31) 사이에 배치되어 링기어(15)와 구동축(31) 사이의 동력 전달을 단속한다.
그리고, 제1모터(9)와 제2모터(11)는 구동시 배터리 전력을 공급받아 구동하고, 회생 모드에서는 상기 두 모터(9,11)가 각각 발전기로 동작하여 배터리를 충전하게 된다.
상기 배터리는 인버터 시스템(도시하지 않음)을 통해 제1모터(9)와 제2모터(11)에 충, 방전 가능하게 연결되고, 인버터 시스템은 제1모터(9)와 제2모터(11)의 구동을 위해 배터리의 직류 전류를 3상 교류 전류로 변환하여 각 모터(9,11)에 인가한다.
또한, 제2모터(11)가 엔진(10)의 동력을 유성기어장치(12)를 통해 전달받아 발전기로 작동할 경우 발전시 생성되는 전기에너지는 인버터 시스템을 통해 배터리로 전달되어 저장되거나(배터리 충전) 제1모터(9)를 구동하는데 사용될 수 있다.
또한, 상기 유성기어장치(12)의 회전요소 중 적어도 하나와 차량 내 고정구조물 사이에 개재되어 상기 회전요소를 선택적으로 고정요소로 전환해주는 단속수단이 구비된다.
상기 단속수단으로서, 유성기어장치(12)의 링기어(15)와 차량 내 고정구조물 사이에는 제2클러치(22)가 개재되고, 유성기어장치(12)의 캐리어(16)와 차량 내 고정구조물 사이에는 제3클러치(23)가 개재된다.
여기서, 차량 내 고정구조물은 유성기어장치(12)를 포함하는 동력전달기구의 하우징 등이 될 수 있다.
상기한 구성에서 제2클러치(22)가 결합되어 닫히게 되면 유성기어장치(12)의 링기어(15)는 고정요소가 되고, 제3클러치(23)가 결합되어 닫히게 되면 유성기어장치(12)의 캐리어(16)가 고정요소가 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 구동 시스템의 작동상태에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예에 따른 E-4WD 시스템을 탑재한 하이브리드 자동차에서 엔진(10), 제1모터(9), 제2모터(11), 제1클러치(21), 제2클러치(22), 제3클러치(23)의 작동은 미도시된 제어부에 의해 제어되고, 이때 제어부는 하나의 통합된 제어요소가 될 수도 있으나, 복수 개의 차량 내 제어기가 될 수 있다.
통상의 하이브리드 자동차에서는 엔진과 모터, 클러치 등의 구성요소들을 작동시킴에 있어서 복수 개의 제어기들이 차량으로부터 다양한 정보들을 수집하고 제어기 간에 각종 정보 내지 명령들을 주고받으면서 상기한 구성요소들을 제어하는 협조 제어가 수행되고 있다.
이에 따라, 본 발명에서도 상기한 구성요소들이 차량 제어기(HCU:Hybrid Control Unit), 엔진 제어기(ECU:Engine Control Unit), 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit), 배터리 제어기(BMS: Battery Control Unit), 변속 제어기(TCU: Transmission Control Unit) 등의 협조 제어하에 작동 및 제어되도록 할 수 있다.
예로서, 제1클러치(21) 및 제2클러치(22), 제3클러치(23)의 작동은 변속 제어기에 의해 제어되도록 구성될 수 있다.
작동상태에 대해 상세히 설명하면, 차량에서 엔진(10)과 제2모터(11)는 전술한 바와 같이 전륜(F)을 구동시키는 구동원이고, 제1모터(9)는 후륜(R)을 구동시키는 구동원이다.
또한, 제2모터(11)는 엔진(10)을 시동하는 것과 더불어 엔진 동력으로 발전을 수행하여 발전시 생성되는 전기에너지로 배터리를 충전하거나 제1모터(9)를 구동시킨다.
먼저, 차량 시동시에는 제2클러치(22)가 결합되어 링기어(15)가 고정요소가 되고, 선기어(13)는 입력요소, 그리고 캐리어(16)는 출력요소가 된다.
이에 제2모터(11)가 구동할 경우 제2모터(11)의 동력이 선기어(13), 피니언(14), 캐리어(16)를 통해 엔진(10)으로 전달되어 엔진 시동이 이루어지게 된다.
다음으로, 도 5는 파워 스플릿(Power Split) 모드를 나타내는 도면으로, 파워 스플릿 모드에서는 제1클러치(21)를 결합하고, 제2클러치(22) 및 제3클러치(23)는 분리한다.
또한, 엔진(10)을 구동하며, 이에 엔진(10)의 동력이 유성기어장치(12) 및 제1클러치(21)를 통해 전륜(F)의 구동축(31)으로 전달되면서 전륜(F)이 구동된다.
이와 더불어 엔진(10)의 동력에 의해 제2모터(11)가 발전기로 작동하고, 이때 발전기로 작동하는 제2모터(11)에서 생성되는 전기에너지는 제1모터(9)를 구동시키는데 사용된다.
즉, 제2모터(11)에서 생성되는 전기에너지로 제1모터(9)를 구동시켜 후륜(R) 구동을 위한 동력을 발생시키는 것이며, 이로써 차량의 전륜(F)과 후륜(R)이 모두 구동하는 4WD 주행이 이루어질 수 있고, 엔진 동력과 모터 동력을 함께 이용하여 차량이 주행하는 하이브리드 주행이 이루어질 수 있게 된다.
물론, 제2모터(11)에서 생성되는 전기에너지는 배터리에 저장되도록 하여 배터리의 충전이 이루어지도록 하면서 제1모터(9)의 구동은 중지시켜, 엔진(10)의 동력으로 전륜(F)만을 구동하는 2WD 주행이 이루어지도록 할 수 있다(엔진 단독 모드).
도 6은 직렬(Series) 모드를 나태는 도면으로, 직렬 모드에서는 제2클러치(22)를 결합하고, 제1클러치(21) 및 제3클러치(23)는 분리한다.
또한, 엔진(10)을 구동하여 엔진(10)의 동력이 유성기어장치(12)를 통해 제2모터(11)로 전달되도록 하고, 이에 제2모터(11)가 발전기로 작동한다.
상기와 같이 발전기로 작동하는 제2모터(11)에서 생성된 전기에너지는 제1모터(9)를 구동시키는데 사용된다.
즉, 엔진(10)의 동력으로 제2모터(11)를 발전기로 작동시키고, 제2모터(11)에서 생성되는 전기에너지로 후륜 모터인 제1모터(9)를 구동하여 후륜(R)의 구동에 의한 2WD 주행이 이루어지도록 하는 것이다.
도 7은 회생 모드를 나타내는 도면으로, 회생 모드시에는 제1클러치(21) 및 제3클러치(23)를 결합하고, 제2클러치(22)는 분리한다.
이에 후륜(R)에서 전달되는 동력은 모두 제1모터(9)의 발전 작동에 사용되고, 제1모터(9)에 의해 생성되는 전기에너지가 배터리에 저장되면서 배터리의 충전이 이루어진다.
또한, 전륜(F)에서 전달되는 동력이 유성기어장치(12)를 통해 제2모터(11)로 전달되면서 제2모터(11)에 의한 회생제동이 이루어지고, 제2모터(11)에 의해 생성되는 전기에너지로 배터리가 충전될 수 있게 된다.
도 8은 EV 모드를 나타내는 도면으로, EV 모드에서는 제1클러치(21)와 제3클러치(23)를 결합하고, 제2클러치(22)는 분리한다.
또한, 제1모터(9)와 제2모터(11)를 모두 구동시키며, 이로써 제1모터(9)의 동력이 후륜(R)으로 전달되고, 제2모터(11)의 동력이 유성기어장치(12)를 통해 전륜(F)으로 전달된다.
이로써 차량의 전륜(F)과 후륜(R)이 모두 구동하는 4WD 주행이 이루어질 수 있고, 모터 동력만으로 차량이 주행하는 EV 모드 주행이 이루어질 수 있게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 구동 시스템에 따르면, 후륜(R)을 구동하기 위한 제1모터(9)를 탑재함과 더불어, 엔진(10)과 제2모터(11), 전륜 구동축(31) 사이에 유성기어장치(12)를 개재하고, 유성기어장치(12)의 구성요소 중 일부를 고정요소로 작동시키기 위한 클러치(22,23)를 구비함으로써, 상술한 바와 같이 모터 2개만으로도 엔진 시동 모드, 파워 스플릿 모드, 엔진 단독 구동 모드, 직렬 모드, 회생 모드, EV 모드 등의 다양한 모드를 구현할 수 있는 것은 물론 4WD 주행까지 구현할 수 있게 된다.
특히, 정체 구간에서 우수한 연비 효과를 나타내는 직렬 모드가 구현될 수 있음은 물론, 전륜과 후륜이 함께 구동하는 4WD EV 모드가 추가됨으로써 기존의 2WD 하이브리드 시스템과 비교할 때 연비 향상의 효과를 기대할 수 있게 된다.
또한, 전륜과 후륜을 모두 이용하여 회생제동을 구현할 수 있게 됨에 따라 연비 향상의 효과가 더욱 증대될 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
9 : 제1모터 10 : 엔진
11 : 제2모터 12 : 유성기어장치
13 : 선기어 14 : 피니언
15 : 링기어 16 : 캐리어
21 : 제1클러치 22 : 제2클러치
23 : 제3클러치 31: 전륜 구동축
F : 전륜 R : 후륜

Claims (8)

  1. 전륜을 구동하기 위한 동력을 발생시키는 엔진;
    후륜을 구동할 수 있도록 후륜에 동력 전달 가능하게 연결된 제1모터;
    상기 엔진과 동력 전달 가능하게 연결된 제2모터;
    상기 엔진과 제2모터, 전륜 사이에 개재되어 동력을 전달하는 유성기어장치;
    상기 유성기어장치와 전륜 사이에 개재되어 선택적으로 동력을 전달하거나 차단하는 제1클러치; 및
    상기 유성기어장치의 회전요소 중 적어도 하나와 차량 내 고정구조물 사이에 개재되어 상기 회전요소를 선택적으로 고정요소로 전환해주는 단속수단을 포함하는 하이브리드 자동차의 구동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진의 회전축이 유성기어장치의 캐리어에 동력 전달 가능하게 연결되고, 상기 제2모터의 회전축이 유성기어장치의 선기어에 동력 전달 가능하게 연결되며, 전륜의 구동축이 상기 제1클러치를 개재한 상태로 유성기어장치의 링기어에 동력 전달 가능하게 연결된 것을 특징으로 하이브리드 자동차의 구동 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 단속수단은,
    상기 유성기어장치의 링기어와 차량 내 고정구조물 사이에는 개재되는 제2클러치; 및
    상기 유성기어장치의 캐리어와 차량 내 고정구조물 사이에 개재되는 제3클러치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    차량의 주행 모드 중 하나로서,
    제1클러치를 결합하고,
    제2클러치 및 제3클러치는 분리하며,
    엔진과 제1모터를 구동하여,
    유성기어장치를 통해 전륜 구동축과 제2모터에 전달되는 엔진 동력에 의해 제2모터가 발전기로 작동하는 동시에 전륜이 구동되고 제1모터에 의해 후륜이 구동되는 4륜 구동 파워 스플릿 모드를 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    차량의 주행 모드 중 하나로서,
    제2클러치를 결합하고,
    제1클러치 및 제3클러치는 분리하며,
    엔진과 제1모터를 구동하여,
    상기 유성기어장치를 통해 전달되는 엔진 동력에 의해 제2모터가 발전기로 작동되고 상기 제1모터에 의해 후륜이 구동되는 직렬 모드를 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    차량의 주행 모드 중 하나로서,
    제3클러치를 결합하고,
    제1클러치 및 제2클러치는 분리하여,
    전륜으로부터 유성기어장치를 통해 제2모터에 회전력이 전달되면서 제2모터에 의한 회생 제동이 이루어지는 동시에 후륜으로부터 제1모터에 회전력이 전달되면서 제1모터에 의한 에너지 회생이 이루어지는 회생 모드를 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    차량의 주행 모드 중 하나로서,
    제1클러치와 제3클러치를 결합하고,
    제2클러치는 분리하며,
    제1모터와 제2모터를 모두 구동하여,
    제1모터에 의해 후륜이 구동하고 제2모터의 동력이 유성기어장치를 통해 전륜 구동축으로 전달되어 전륜이 구동하는 EV 모드를 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 시스템.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2클러치를 결합하여 유성기어장치의 링기어가 고정요소가 되도록 한 상태에서 상기 제2모터를 구동하여 유성기어장치를 통해 엔진으로 전달되는 제2모터의 동력에 의해 엔진 시동이 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 시스템.




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