KR20180027866A - 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치 - Google Patents

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KR20180027866A
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김종수
박종술
황동환
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현대자동차주식회사
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

하이브리드 전기자동차의 동력전달장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치는 엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치에 있어서, 상기 엔진과 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되는 제1 입력축과, 상기 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되는 제2 입력축과, 하나의 이상의 입력기어가 고정 배치되는 제3 입력축과, 하나의 입력기어가 고정 배치되어 상기 제1 입력축에 선택적으로 연결되는 제4 입력축으로 이루어지는 입력수단; 제1, 제2, 제3 회전요소를 갖는 유성기어세트로 이루어지며, 상기 제1 회전요소가 상기 제2 입력축에 연결되고, 상기 제3 회전요소가 제1 입력축에 연결되어 상기 제1, 제3 회전요소로 각각 입력되는 회전동력을 합성하여 상기 제2 회전요소를 통해 상기 제3 입력축으로 출력하는 토크변환수단; 및 상기 제3, 제4 입력축으로부터 전달되는 회전동력을 변속하여 출력하는 변속출력수단을 포함한다.

Description

하이브리드 전기자동차의 동력전달장치{POWER TRANSMISSION SYSTEM OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진과 모터/제너레이터의 회전동력을 고정기어비 모드와 가변기어비 모드 및 전기자동차 모드로 주행이 가능하도록 하여 부드러운 발진 및 변속을 구현하고, 연비 및 가속 성능을 향상시킬 수 있는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치에 관한 것이다.
차량에 있어서의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심 기술로서, 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.
이에 따라 각 자동차 메이커들은 전기자동차(EV : Electric Vehicle), 하이브리드 전기자동차(HEV : Hybrid Electric Vehicle), 연료전지 자동차(FCEV : Fuel Cell Electric Vehicle)등을 미래형 자동차 기술로서 개발하고 있다.
상기와 같은 미래형 자동차는 중량 및 원가 등 여러 가지 기술적인 제약이 있기 때문에 자동차 메이커에서는 배기가스 규제를 만족시키고, 연비 성능의 향상을 위한 현실적인 문제의 대안으로서 하이브리드 전기자동차에 주목하고 있으며, 이를 실용화하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.
하이브리드 전기자동차는 2개 이상의 동력원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있으며, 동력원으로는 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과 전기 에너지에 의하여 구동되는 모터/제너레이터가 혼합되어 사용된다.
이러한 하이브리드 전기자동차는 저속에서 상대적으로 저속토크 특성이 좋은 모터/제너레이터를 주동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크 특성이 좋은 엔진을 주동력원으로 사용한다.
이에 따라 하이브리드 전기자동차는 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 하이브리드 전기자동차에 적용될 수 있는 변속기로서는 더블 클러치 변속기(Double Clutch Transmission; 이하, DCT라고 칭함)를 하나의 예로 들 수 있으며, 상기 DCT는 수동 변속기 구조에 2개의 클러치를 적용하여 효율을 높이고, 편의성을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 DCT는 클러치 2개를 적용하여 홀수단 및 짝수단을 번갈아 작동시키면서 변속이 이루어지는 변속기로서, 상기와 같이 홀수단 및 짝수단의 변속을 번갈아 작동시키는 매커니즘은 기존 MT(수동변속기) 및 AMT(자동화 수동 변속기)가 가지고 있는 변속 시, 토크 단절감을 개선할 수 있다.
그러나 상기 DCT는 발진 시, 클러치 슬립에 의한 클러치 소손 및 에너지 손실이 크고, 등판 발진 시, 클러치 슬립에 의한 후방 밀림이 과도하게 발생하여 안전상의 문제가 있으며, 클러치 열용량의 문제로 변속시간을 짧게 제어해야 하므로 자동 변속기에 비하여 변속 충격이 크다는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 상기 DCT는 하이브리드 전기자동차에 적용하기 위하여 전기 동력원인 모터/제너레이터를 효과적으로 배치하여야 하는 과제가 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 엔진과 모터/제너레이터의 회전동력을 고정기어비 모드와 가변기어비 모드 및 전기자동차 모드로 주행이 가능하도록 하여 부드러운 발진 및 변속을 구현하고, 연비 및 가속 성능을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치에 있어서, 상기 엔진과 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되는 제1 입력축과, 상기 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되는 제2 입력축과, 하나의 이상의 입력기어가 고정 배치되는 제3 입력축과, 하나의 입력기어가 고정 배치되어 상기 제1 입력축에 선택적으로 연결되는 제4 입력축으로 이루어지는 입력수단; 제1, 제2, 제3 회전요소를 갖는 유성기어세트로 이루어지며, 상기 제1 회전요소가 상기 제2 입력축에 연결되고, 상기 제3 회전요소가 제1 입력축에 연결되어 상기 제1, 제3 회전요소로 각각 입력되는 회전동력을 합성하여 상기 제2 회전요소를 통해 상기 제3 입력축으로 출력하는 토크변환수단; 및 상기 제3, 제4 입력축으로부터 전달되는 회전동력을 변속하여 출력하는 변속출력수단을 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 입력수단은 상기 제1 입력축의 외주에 중공축인 상기 제2, 제3 입력축이 순차적으로 중첩 배치되고, 상기 제2, 제3 입력축의 후측에서 상기 제1 입력축의 외주에 중공축인 상기 제4 입력축이 중첩 배치될 수 있다.
또한, 상기 토크변환수단은 상기 제2, 제3 입력축과 상기 제4 입력축 사이의 제1 입력축 상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 토크변환수단은 선기어로 이루어지는 제1 회전요소와, 유성캐리어로 이루어지는 제2 회전요소와, 링기어로 이루어지는 제3 회전요소를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로 구성될 수 있다.
또한, 상기 변속출력수단은 상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축에 고정 배치되어 상기 제4 입력축 상의 입력기어와 외접 치합되는 1개의 변속기어와, 상기 제1 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제3 입력축 상의 2개의 입력기어들과 각각 외접 치합된 상태로, 제1 싱크로나이저에 의해 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 2개의 변속기어, 및 상기 제1 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제1 출력기어로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 변속출력수단은 상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축과, 상기 제2 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 제2 싱크로나이저에 의해 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 후진 변속기어와, 상기 제2 출력축과 평행하게 배치되는 후진 아이들 축과, 상기 후진 아이들 축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제3 입력축 상의 하나의 입력기어와 상기 후진 변속기어 사이에 외접 치합되는 후진 아이들 기어, 및 상기 제2 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제2 출력기어로 이루어지는 제2 변속출력기구를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 변속출력수단은 상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제3 입력축 상의 2개의 입력기어들과 각각 외접 치합된 상태로, 제1 싱크로나이저에 의해 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 2개의 변속기어와, 상기 제1 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제1 출력기어로 이루어지는 제1 변속출력기구; 및 상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축과, 상기 제2 출력축에 고정 배치되어 상기 제4 입력축 상의 입력기어와 외접 치합되는 1개의 변속기어와, 상기 제2 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 제2 싱크로나이저에 의해 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 후진 변속기어와, 상기 제2 출력축과 평행하게 배치되는 후진 아이들 축과, 상기 후진 아이들 축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제3 입력축 상의 하나의 입력기어와 상기 후진 변속기어 사이에 외접 치합되는 후진 아이들 기어, 및 상기 제2 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제2 출력기어로 이루어지는 제2 변속출력기구를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 입력축 상에 고정 배치되는 하나 이상의 입력기어는 제1속의 입력기어로 작동하는 제1 입력기어와, 제3속의 입력기어로 작동하는 제2 입력기어가 전측에서 후측으로 순차적으로 고정 배치되고, 상기 제4 입력축 상에 고정 배치되는 하나의 입력기어는 제2속의 입력기어로 작동하는 제3 입력기어로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 변속출력수단은 상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축에 고정 배치되어 상기 제3 입력기어와 외접 치합되는 제2속 변속기어와, 상기 제1 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1, 제2 입력기어와 각각 외접 치합된 상태로 제1 싱크로나이저에 의해 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 제1속, 제3속 변속기어, 및 상기 제1 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제1 출력기어로 이루어지는 제1 변속출력기구를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 변속출력수단은 상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축과, 상기 제2 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 제2 싱크로나이저에 의해 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 후진 변속기어와, 상기 제2 출력축과 평행하게 배치되는 후진 아이들 축과, 상기 후진 아이들 축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1 입력기어와 상기 후진 변속기어 사이에 외접 치합되는 후진 아이들 기어, 및 상기 제2 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제2 출력기어로 이루어지는 제2 변속출력기구를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 변속출력수단은 상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1, 제2 입력기어와 각각 외접 치합된 상태로 제1 싱크로나이저에 의해 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 제1속, 제3속 변속기어, 및 상기 제1 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제1 출력기어로 이루어지는 제1 변속출력기구; 및
상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축과, 상기 제2 출력축에 고정 배치되어 상기 제3 입력기어와 외접 치합되는 제2속 변속기어와, 상기 제2 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 제2 싱크로나이저에 의해 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 후진 변속기어와, 상기 제2 출력축과 평행하게 배치되는 후진 아이들 축과, 상기 후진 아이들 축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1 입력기어와 상기 후진 변속기어 사이에 외접 치합되는 후진 아이들 기어, 및 상기 제2 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제2 출력기어로 이루어지는 제2 변속출력기구를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치는 주동력원인 엔진의 회전동력과 보조 동력원인 모터/제너레이터의 회전동력으로 고정기어비 모드에서 3속의 변속 모드를 구현하고, 엔진과 모터/제너레이터의 회전동력으로 전자적 무단변속모드인 가변고정비 모드에서 2속의 변속모드를 구현하고, 모터/제너레이터의 회전동력으로 3속의 변속 모드를 구현할 수 있으므로 연비를 개선할 수 있다.
또한, 도심 주행에서는 가변고정비 모드로 주행하고, 고속 주행에서는 고정기어비 모드로 주행할 수 있도록 함으로써, 운전 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 유성기어세트의 각 회전요소와 연결된 엔진과 모터/제너레이터에 의하여 부드러운 발진이 이루어질 수 있다.
또한, 모터/제너레이터의 고장 시, 엔진의 회전동력에 의한 주행이 가능하므로 안전한 주행을 구현할 수 있다.
또한, 고정기어비 모드에서 모터/제너레이터의 회전동력을 보조 동력으로 사용할 수 있으므로 가속 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 기본적으로 모터/제너레이터(MG)를 역구동시켜 후진 주행을 구현할 수 있으며, 별도의 후진 변속기구를 추가 구성하여 EV 모드만이 아닌 고정기어비 및 가변기어비 모드에서도 후진 주행을 가능하게 할 수 있다.
이외에, 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치의 각 변속 모드별 변속 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치의 각 변속 모드별 작동표이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.
단, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.
또한, 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 전기자동차의 동력전달장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치는 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)를 동력원으로 하며, 입력수단, 토크변환수단, 변속출력수단을 포함하여 이루어진다.
상기 엔진(ENG)은 주동력원으로서, 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등의 공지된 각종 엔진이 이용될 수 있다.
상기 모터/제너레이터(MG)는 전기보조구동유닛(Electric Supplementary Drive Unit)으로서, 공지와 같이 구동력을 발생시키는 모터 및 반력을 발생시키는 제너레이터의 기능을 수행하며, 변속기 하우징(H)에 고정되는 스테이터(ST)와, 상기 스테이터(ST)의 반경방향 내측에서 회전 가능하게 지지되는 로터(RT)를 포함하여 이루어지며, 상기 로터(RT)는 모터 출력축(MOS)에 직접 연결된다.
상기 입력수단은 제1, 제2, 제3, 제4 입력축(IS1)(IS2)(IS3)(IS4)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 입력축(IS1)은 실축으로 이루어져 상기 엔진 출력축(EOS)과 동일 축선상으로 배치되어 전단부가 상기 엔진 출력축(EOS)과 모터 출력축(MOS)에 각각 선택적으로 연결된다.
상기 제2 입력축(IS2)은 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축(IS1)의 전측부의 외주에 회전 간섭 없이 배치되어 전단부가 상기 모터 출력축(MOS)과 선택적으로 연결된다.
상기 제3 입력축(IS3)은 중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축(IS2)의 외주에 회전 간섭 없이 배치된다.
상기 제4 입력축(IS4)은 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축(IS1)의 후측부 외주에 회전 간섭 없이 배치되어 전단부가 상기 제1 입력축(IS1)에 선택적으로 연결된다.
상기 제3 입력축(IS3)에는 제1, 제2 입력기어(G1)(G2)가 상호 소정의 간격을 두고 고정 배치되고, 상기 제4 입력축(IS4)에는 제3 입력기어(G3)가 고정 배치된다.
상기에서 제1, 제2, 제3 입력기어(G1)(G2)(G3)는 각 변속단별 입력기어로서, 제1 입력기어(G1)는 제1속 및 후진을 구현하기 위한 입력기어로 작동하고, 제2 입력기어(G2)는 제3속을 구현하기 위한 입력기어로 작동하고, 제3 입력기어(G3)는 제2속을 구현하기 위한 입력기어로 작용하도록 기어 잇수가 설정된다.
상기에서 동력원인 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)에 선택적으로 연결되는 제1, 제2, 제4 입력축(IS1)(IS2)(IS4) 사이에는 동력단속수단인 클러치(ECL)(CL1)(CL2)(CL3)가 적용된다.
상기 엔진 클러치(ECL)는 엔진 출력축(EOS)과 제1 입력축(IS1) 사이에 배치되어 엔진(ENG)으로부터 제1 입력축(IS1)으로 전달되는 회전동력을 단속한다.
상기 제1 클러치(CL1)는 모터 출력축(MOS)과 제1 입력축(IS1) 사이에 배치되어 모터/제너레이터(MG)로부터 제1 입력축(IS1)으로 전달되는 회전동력을 단속한다.
상기 제2 클러치(CL2)는 모터 출력축(MOS)과 제2 입력축(IS2) 사이에 배치되어 모터/제너레이터(MG)로부터 제2 입력축(IS2)으로 전달되는 회전동력을 단속한다.
상기 제3 클러치(CL3)는 제1 입력축(IS1)과 제4 입력축(IS4) 사이에 배치되어 제1 입력축(IS1)으로부터 제4 입력축(IS4)으로 전달되는 회전동력을 단속한다.
상기에서 동력단속수단으로 적용되는 클러치는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 유압마찰결합유닛으로서, 주로 습식 다판형 유압마찰결합유닛이 사용되지만, 도그 클러치, 전자식 클러치, 자분식 클러치 등과 같이 전자제어장치로부터 공급되는 전기적인 신호에 따라 작동될 수 있는 결합유닛으로 이루어질 수 있다.
상기 토크변환수단은 유성기어세트(PG)로 이루어지며, 본 발명의 실시 예에서는 3개의 회전요소를 갖는 싱글 피니언 유성기어세트를 적용한다.
상기 유성기어세트(PG)의 3개의 회전요소는 선기어(S)로 이루어지는 제1 회전요소(N1)와, 상기 제1 회전요소(N1)인 선기어(S)와 외접 치합되는 피니언 기어를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 유성캐리어(PC)로 이루어지는 제2 회전요소(N2)와, 상기 피니언 기어를 통하여 상기 선기어(S)와 치합되는 링기어(R)로 이루어지는 제3 회전요소(N3)를 포함한다.
그리고 상기 제1 회전요소(N1)는 제2 입력축(IS2)에 직접 연결되고, 상기 제2 회전요소(N2)는 제3 입력축(IS3)에 직접 연결되고, 상기 제3 회전요소(N3)는 제1 입력축(IS3)에 직접 연결된다.
이에 따라, 상기 유성기어세트(PG)는 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)을 통해 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 선택적으로 제1 회전요소(N1) 및 제3 회전요소(N3)로 전달되면, 이 회전동력을 합성하여 제2 회전요소(N2)를 통해 제3 입력축(IS3)으로 전달하도록 구성된다.
그리고 상기 변속출력수단은 상기 입력수단의 제3, 제4 입력축(IS3,IS4) 상의 제1, 제2, 제3 입력기어(G1,G2,G3)로부터 동력을 전달받아 변속하여 출력하는 제1 변속출력기구(OUT1)를 포함한다.
상기 제1 변속출력기구(OUT1)는 상기 제1 입력축(IS1)과 일정간격을 두고 평행하게 배치되어 제1 출력축(OS1)과, 상기 제1, 제2, 제3 입력기어(G1)(G2)(G3)들과 외접 치합되는 제1속, 제2속, 제3속 변속기어(D1)(D2)(D3)를 구비한다.
이때, 상기 제2속 변속기어(D2)는 상기 제1 출력축(OS1) 상에 고정 배치되고, 상기 제1속, 제3속 변속기어(D1)(D3)는 상기 제1 출력축(OS1) 상에 회전 가능하게 배치된다.
또한, 상기 제1 출력축(OS1)상에 배치되어 상기 제1속 및 제3속 변속기어(D1)(D3)를 상기 제1 출력축(OS1)에 선택적으로 동기 연결하는 동기유닛인 제1 싱크로나이저(SL1)를 포함한다.
상기 제1속 변속기어(D1)는 제1 입력기어(G1)와 외접 치합되고, 상기 제3속 변속기어(D3)는 제2 입력기어(G2)와 외접 치합된다.
상기 제2속 변속기어(D2)는 제1 출력축(OS1)에 고정된 상태로, 상기 제3 입력기어(G3)와 외접 치합된다.
그리고 상기 제1 변속출력기구(OUT1)를 통해 변속된 회전동력은 제1 출력축(OS1)의 전단부에 장착되는 제1 출력기어(OG1)를 통해 공지의 디프렌셜 기구(DIFF)로 전달된다.
상기에서 제1 싱크로나이저(SL1)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제1 싱크로나이저(SL1)에 적용되는 슬리이브(SLE1)는 공지와 같이 별도의 액추에이터(미도시)를 구비하며, 상기 액추에이터는 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 제어된다.
상기와 같이 구성되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치는 더블 클러치 변속기와 동일한 고정기어비 모드와, 가변기어비 모드(eCVT) 및 전기자동차 모드(EV)로 주행이 가능하다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치의 각 변속 모드별 변속 작동표로서, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.
[엔진 시동]
엔진 시동 모드에서는 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 제어하여 제1 출력축(OS1)에 제1속 변속기어(D1)를 동기 연결한 상태에서, 엔진 클러치(ECL)와 제1 클러치(CL1)를 작동 제어한다.
그러면 모터/제너레이터(MG)의 구동력이 모터 출력축(MOS), 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 엔진 클러치(ECL), 엔진 출력축(EOS)을 통해 엔진(ENG)으로 전달되어 엔진(ENG)을 시동시킨다.
[중립]
중립 모드에서는 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 제어하여 제1 출력축(OS1)에 제1속 변속기어(D1)를 동기 연결한 상태에서, 엔진 클러치(ECL)를 작동 제어한다.
그러면 유성기어세트(PG)에서는 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 입력축(IS1)을 통해 제3 회전요소(N3)로 입력이 이루어지지만, 제1 회전요소(N1)가 구속되지 않는 프리(Free) 상태이므로, 제2 회전요소(N2)에는 구동력이 생성되지 않아 중립 상태를 유지한다.
[중립 배터리 충전]
중립 배터리 충전 모드에서는 엔진(ENG)이 시동된 상태에서, 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 제어하여 제1 출력축(OS1)에 제1속 변속기어(D1)를 동기 연결한 상태로, 엔진 클러치(ECL)와 제2 클러치(CL2)를 작동 제어한다.
그러면, 유성기어세트(PG)는 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 입력축(IS1)을 통해 제3 회전요소(N3)로 입력이 이루어지고, 제2 회전요소(N2)가 제1 싱크로나이저(SL1)에 의하여 회전하지 않은 제1 출력축(OS1)에 구속되어 고정요소로 작동된다.
이에, 제1 회전요소(N1)가 고속으로 역회전 회전하면서 제2 클러치(CL2)를 통해 연결된 모터/제너레이터(MG)를 제너레이터로 구동시켜 전기에너지를 생성함으로써, 충전이 이루어진다.
[고정기어비 모드 1]
고정기어비 모드에서는 엔진(ENG)의 회전동력에 의하여 구동되고, 모터/제너레이터(MG)는 보조동력을 공급한다.
즉, 고정기어비 모드 1에서는 상기 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 제어하여 제1 출력축(OS1)에 제1속 변속기어(D1)를 동기 연결하고, 엔진 클러치(ECL)와 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)를 작동 제어한다.
상기 제어에 의하여 엔진(ENG)의 회전동력과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력 일부가 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)로 입력되고, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력 일부는 제2 입력축(IS2)을 통해 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라 상기 유성기어세트(PG)는 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)로 동시에 회전동력이 입력됨으로써, 일체로 회전하는 상태가 되어 회전동력이 입력 그대로 제2 회전요소(N2)를 통해 제3 입력축(IS3)으로 출력된다.
그러면, 상기 회전동력은 제3 입력축(IS3) 상의 제1 입력기어(G1)에 외접 치합된 제1속 변속기어(D1)를 통하여 제1 출력축(OS1)에 변속되어 전달되고, 제1 출력축(OS1) 상의 제1 출력기어(OG1)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달된다.
[고정기어비 모드 2]
고정기어비 모드 2에서는 상기 고정기어비 모드 1의 상태에서, 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 해제하여 제1 출력축(OS1)에 제1속 변속기어(D1)의 동기 연결 상태를 해제하고, 제2 클러치(CL2)를 작동 해제하면서, 제3 클러치(CL3)를 작동 제어한다.
상기 제어에 의하여 엔진(ENG)의 회전동력과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력 일부가 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)로 입력됨과 동시에 제4 입력축(IS4)으로 입력된다.
그러면, 상기 회전동력은 제4 입력축(IS4) 상의 제3 입력기어(G3)에 외접 치합된 제2속 변속기어(D2)를 통하여 제1 출력축(OS1)에 변속되어 전달되고, 제1 출력축(OS1) 상의 제1 출력기어(OG1)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달된다.
이때, 상기 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)로 회전동력이 전달되더라도 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)가 구속되지 않는 프리(Free) 상태이므로 변속에는 아무런 영향을 미치지 않는다.
[고정기어비 모드 3]
고정기어비 모드 3에서는 상기 고정기어비 모드 2의 상태에서 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 제어하여 제1 출력축(OS1)에 제3속 변속기어(D3)를 동기 연결하고, 제3 클러치(CL3)를 작동 해제하면서, 제2 클러치(CL2)를 작동 제어한다.
상기 제어에 의하여 엔진(ENG)의 회전동력과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력 일부가 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)로 입력되고, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력 일부는 제2 입력축(IS2)을 통해 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라 상기 유성기어세트(PG)에서는 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)로 동시에 회전동력이 입력됨으로, 일체로 회전하는 상태가 되어 회전동력은 입력 그대로 제2 회전요소(N2)를 통해 제3 입력축(IS3)로 출력된다.
그러면, 상기 회전동력은 제3 입력축(IS3) 상의 제2 입력기어(G2)에 외접 치합된 제3속 변속기어(D3)를 통하여 제1 출력축(OS1)에 변속되어 전달되고, 제1 출력축(OS1) 상의 제1 출력기어(OG1)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달된다.
[가변기어비 모드 1]
가변기어비 모드에서는 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 보조 개념이 아니고, 엔진(ENG)의 회전동력과 동일하게 구동 동력원으로 사용된다.
단, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력은 엔진(ENG)의 회전속도와 동일할 수도 있지만, 엔진(ENG)의 회전속도와 다르게 출력하여 유성기어세트(PG)에서 합성(토크 변환)되면서 기어비를 가변적으로 제어하는 전자적 무단 변속(eCVT) 제어가 이루어질 수 있다.
즉, 가변기어비 모드 1에서는 상기 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 제어하여 제1 출력축(OS1)에 제1속 변속기어(D1)를 동기 연결하고, 엔진 클러치(ECL)와 제2 클러치(CL2)를 작동 제어한다.
이때, 유성기어세트(PG)에는 엔진 클러치(ECL)의 작동에 의해 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 입력축(IS1)을 통해 제3 회전요소(N3)로 입력되고, 제2 클러치(CL2)의 작동에 의해 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제2 입력축(IS2)을 통해 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라, 유성기어세트(PG)에서는 제1 회전요소(N1)와 제3 회전요소(N3)로 입력되는 회전동력을 합성하여 제2 회전요소(N2)를 통해 제3 입력축(IS3)로 출력한다.
그러면, 상기 회전동력은 제3 입력축(IS3) 상의 제1 입력기어(G1)에 외접 치합된 제1속 변속기어(D1)를 통하여 제1 출력축(OS1)에 변속되어 전달되고, 제1 출력축(OS1) 상의 제1 출력기어(OG1)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달된다.
[가변기어비 모드 2]
가변기어비 모드 2에서는 상기 가변기어비 모드 1의 상태에서, 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 제어하여 제1 출력축(OS1)에 제1속 변속기어(D1)의 동기 연결 상태를 해제한 후, 제1 출력축(OS1)과 제3속 변속기어(D3)를 연결한다.
이때, 가변기어비 모드 1에서 가변기어비 모드 2의 변속은 직접 이루어지지 않고, 고정기어비 모드 2를 거쳐서 진행되어 변속 충격을 방지한다.
즉, 상기 가변기어비 모드 1의 상태에서 상기 고정기어비 모드 2로 제어하여 제1 싱크로나이저(SL1)를 무부하 상태로 먼저 조작한 후, 제1 출력축(OS1)과 제1속 변속기어(D1)의 연결을 해제하고, 제1 출력축(OS1)과 제3속 변속기어(D3)를 연결한다.
이와 같이, 제1 출력축(OS1)과 제3속 변속기어(D3)가 연결되면, 상기 고정기어비 모드 2에서, 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)의 작동을 해제하고, 제2 클러치(CL2)를 작동 제어한다.
이때, 유성기어세트(PG)에는 엔진 클러치(ECL)의 작동에 의해 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 입력축(IS1)을 통해 제3 회전요소(N3)로 입력되고, 제2 클러치(CL2)의 작동에 의해 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제2 입력축(IS2)을 통해 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라, 유성기어세트(PG)에서는 제1 회전요소(N1)와 제3 회전요소(N3)로 입력되는 회전동력을 합성하여 제2 회전요소(N2)를 통해 제3 입력축(IS3)로 출력한다.
그러면, 상기 회전동력은 제3 입력축(IS3) 상의 제2 입력기어(G2)에 외접 치합된 제3속 변속기어(D3)를 통하여 제1 출력축(OS1)에 변속되어 전달되고, 제1 출력축(OS1) 상의 제1 출력기어(OG1)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달된다.
[EV 모드 1]
EV 모드(전기자동차 모드)에서는 엔진(ENG)은 정지되고, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력만으로 자동차를 주행시키는 모드이다.
즉, EV 모드 1에서는 상기 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 제어하여 제1 출력축(OS1)에 제1속 변속기어(D1)를 동기 연결하고, 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)를 작동 제어한다.
상기 제어에 의하여 모터/제너레이터(MG)의 회전동력은 제1 입력축(IS1)과 제2 입력축(IS2)을 통해 제3 회전요소(N3)와 제1 회전요소(N1)에 동시에 입력된다.
이에 따라, 상기 유성기어세트(PG)는 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)에 동시에 입력되어 일체로 회전하는 상태가 되며, 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력은 입력 그대로 제2 회전요소(N2)를 통해 제3 입력축(IS3)으로 출력된다.
그러면, 상기 회전동력은 제3 입력축(IS3) 상의 제1 입력기어(G1)에 외접 치합된 제1속 변속기어(D1)를 통하여 제1 출력축(OS1)에 변속되어 전달되고, 제1 출력축(OS1) 상의 제1 출력기어(OG1)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달된다.
이때, 제1 입력기어(G1)와 제1속 변속기어(D1)의 기어비에 의하여 EV 모드 1로 제어된다.
[EV 모드 2]
EV 모드 2에서는 상기 EV 모드 1의 상태에서, 제2 클러치(CL2)의 작동을 해제하여 무부하 상태인 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 해제하여 제1 출력축(OS1)에 제1속 변속기어(D1)의 동기 연결 상태를 해제하고, 제3 클러치(CL3)를 작동 제어한다.
상기 제어에 의하여 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1 입력축(IS1)을 통해 제4 입력축(IS4)으로 입력된다.
그러면, 상기 회전동력은 제4 입력축(IS4) 상의 제3 입력기어(G3)에 외접 치합된 제2속 변속기어(D2)를 통하여 제1 출력축(OS1)에 변속되어 전달되고, 제1 출력축(OS1) 상의 제1 출력기어(OG1)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달된다.
이때, 상기 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)로 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 전달되어도 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)가 구속되지 않는 프리(Free) 상태이므로 변속에는 아무런 영향을 미치지 않는다.
[EV 모드 3]
EV 모드 3에서는 상기 EV 모드 2의 상태에서, 제1 싱크로나이저(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 제어하여 제1 출력축(OS1)에 제3속 변속기어(D3)를 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)를 작동 제어한다.
상기 제어에 의하여 모터/제너레이터(MG)의 회전동력은 제1 입력축(IS1)과 제2 입력축(IS2)을 통해 제3 회전요소(N3)와 제1 회전요소(N1)에 동시에 입력된다.
이에 따라, 상기 유성기어세트(PG)는 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)에 동시에 입력되어 일체로 회전하는 상태가 되며, 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력은 입력 그대로 제2 회전요소(N2)를 통해 제3 입력축(IS3)으로 출력된다.
그러면, 상기 회전동력은 제3 입력축(IS3) 상의 제2 입력기어(G2)에 외접 치합된 제3속 변속기어(D3)를 통하여 제1 출력축(OS1)에 변속되어 전달되고, 제1 출력축(OS1) 상의 제1 출력기어(OG1)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달된다.
[EV 모드 R(후진; 모터 역구동)]
EV 모드 R에서는 엔진(ENG)이 정지된 상태에서, 모터/제너레이터(MG)의 역회전 회전동력만으로 자동차를 주행시키는 모드이다.
즉, EV 모드 R에서는 엔진(ENG)이 정지된 상태에서, 제1 싱크로나이저 기구(SL1)의 제1 슬리이브(SLE1)를 작동 제어하여 제1 출력축(OS1)에 제1속 변속기어(D1)를 동기 연결한 다음, 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)를 작동 제어한다.
상기 제어에 의하여 모터/제너레이터(MG)의 역회전 회전동력은 제1 입력축(IS1)과 제2 입력축(IS2)을 통해 제3 회전요소(N3)와 제1 회전요소(N1)로 동시에 입력된다.
이에 따라 상기 유성기어세트(PG)는 모터/제너레이터(MG)의 역회전 회전동력이 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)에 동시에 입력되어 일체로 역회전하는 상태가 되며, 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력은 입력 그대로 제2 회전요소(N2)를 통해 제3 입력축(IS3)으로 출력된다.
그러면, 상기 회전동력은 제3 입력축(IS3) 상의 제1 입력기어(G1)에 외접 치합된 제1속 변속기어(D1)를 통하여 제1 출력축(OS1)에 변속되어 전달되고, 제1 출력축(OS1) 상의 제1 출력기어(OG1)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달된다.
상기와 같은 변속과정의 설명은 순차적으로 변속단이 상승할 때를 일예로 설명한 것이며, 변속단이 순차적으로 하강할 때는 상기와 역순으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 변속과정의 설명에서 고정기어비 모드와 가변기어비 모드에서는 후진에 대한 설명을 생략하고 있으나, 이는 별도의 후진변속기구를 포함하고 있지 않기 때문이다.
이에 따라 본 발명의 제1 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치에서의 후진 변속은 EV 모드에서만 가능하다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치는 상기 본 발명의 제1 실시 예에 따른 동력전달장치에 후진 변속을 위한 제2 변속출력기구(OUT2)를 추가 구성한 것이다.
상기 제2 변속출력기구(OUT2)는 상기 제1 입력축(IS1)과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 제2 출력축(OS2)과, 상기 제2 출력축(OS2)상에 회전 가능하게 배치되는 후진 변속기어(RG)와, 상기 후진 변속기어(RG)를 상기 제2 출력축(OS2)에 선택적으로 동기 연결하는 동기유닛인 제2 싱크로나이저(SL2)를 구비한다.
또한, 상기 제2 출력축(OS2)과 평행하게 배치되는 후진 아이들 축(RIS)이 구비되며, 상기 후진 아이들 축(RIS) 상에는 상기 입력수단의 제1 입력기어(G1)와 후진 변속기어(RG) 사이에 외접 치합되는 후진 아이들 기어(RIG)가 구성된다.
즉, 상기 후진 아이들 기어(RIG)는 상기 후진 아이들 축(RIS) 상에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 제1 입력기어(G1)와 후진 변속기어(RG) 사이에 배치되어 제1 입력기어(G1)로부터 전달되는 회전동력을 역회전시켜 후진 변속기어(RG)로 전달한다.
상기 제2 변속출력기구(OUT2)를 통해 변속된 회전동력은 제2 출력축(OS2)의 전단부에 장착되는 제2 출력기어(OG2)를 통해 공지의 디프렌셜 기구(DIFF)로 전달된다.
상기에서 제2 싱크로나이저(SL2)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제2 싱크로나이저(SL2)에 적용되는 슬리이브(SLE2)는 공지와 같이 별도의 액추에이터(미도시)를 구비하며, 상기 액추에이터는 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 제어된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치의 각 변속 모드별 작동표이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치는 상기 제1 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치와 비교하여 고정기어비 모드 및 가변기어비 모드와 EV 모드에서 동일하게 변속이 이루어지면서 고정기어비 모드와 가변기어비 모드, 및 EV 모드에서 후진 변속단이 추가되는 차이점이 있다.
따라서 제1 실시 예에 따른 도 2의 변속과정과 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 생략하고, 새로이 추가된 각 모드에서의 후진(R) 변속모드만을 설명한다.
[고정기어비 모드 R(후진)]
먼저, 고정기어비 모드 R에서는 제2 싱크로나이저(SL2)의 제2 슬리이브(SL2)를 작동 제어하여 제2 출력축(OS2)에 후진 변속기어(RG)를 동기 연결하고, 엔진 클러치(ECL)와 제1, 제2 클러치(CL2)(CL2)를 작동 제어한다.
상기 제어에 의하여 엔진(ENG)의 회전동력과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력 일부가 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)로 입력되고, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력 일부가 제2 입력축(IS2)을 통해 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라 상기 유성기어세트(PG)는 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)로 동시에 회전동력이 입력됨으로써, 일체로 회전하는 상태가 되어 회전동력이 입력 그대로 제2 회전요소(N2)를 통해 제3 입력축(IS3)으로 출력된다.
그러면, 제2 출력축(OS2)에 동기 연결된 후진 변속기어(RG)가 후진 아이들 기어(RIG)를 통해 상기 제3 입력축(IS3) 상의 제1 입력기어(G1)로부터 역회전의 회전동력을 전달받아 제2 출력축(OS2) 상의 제2 출력기어(OG2)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달한다.
[가변기어비 모드 R(후진)]
가변기어비 모드 R에서는 제2 싱크로나이저(SL2)의 제2 슬리이브(SL2)를 작동 제어하여 제2 출력축(OS2)에 후진 변속기어(RG)를 동기 연결하고, 엔진 클러치(ECL)와 제2 클러치(CL2)를 작동 제어한다.
이때, 유성기어세트(PG)에는 엔진 클러치(ECL)의 작동에 의해 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 입력축(IS1)을 통해 제3 회전요소(N3)로 입력되고, 제2 클러치(CL2)의 작동에 의해 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제2 입력축(IS2)을 통해 제1 회전요소(N1)로 입력된다.
이에 따라, 유성기어세트(PG)에서는 제1 회전요소(N1)와 제3 회전요소(N3)로 입력되는 회전동력을 합성하여 제2 회전요소(N2)를 통해 제3 입력축(IS3)로 출력한다.
그러면, 제2 출력축(OS2)에 연결된 후진 변속기어(RG)가 후진 아이들 기어(RIG)를 통해 상기 제3 입력축(IS3) 상의 제1 입력기어(G1)로부터 역회전의 회전동력을 전달받아 제2 출력축(OS2) 상의 제2 출력기어(OG2)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달한다.
[EV 모드 R(후진; 모터 구동)]
EV 모드 R에서는 엔진(ENG)이 정지된 상태에서, 모터/제너레이터(MG)의 역회전 회전동력만으로 자동차를 주행시키는 모드이다.
이러한 EV 모드 R에서는 엔진(ENG)이 정지된 상태에서, 제2 싱크로나이저 기구(SL2)의 제2 슬리이브(SLE2)를 작동 제어하여 제2 출력축(OS2)과 후진 변속기어(RG)를 동기 연결한 다음, 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)를 작동 제어한다.
상기 제어에 의하여 모터/제너레이터(MG)의 회전동력은 제1 입력축(IS1)과 제2 입력축(IS2)을 통해 제3 회전요소(N3)와 제1 회전요소(N1)로 동시에 입력된다.
이에 따라 상기 유성기어세트(PG)에서는 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)로 동시에 회전동력이 입력되어 일체로 회전하는 상태가 되며, 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력은 입력 그대로 제2 회전요소(N2)를 통해 제3 입력축(IS3)으로 출력된다.
그러면, 제2 출력축(OS2)에 연결된 후진 변속기어(RG)가 후진 아이들 기어(RIG)를 통해 상기 제3 입력축(IS3) 상의 제1 입력기어(G1)로부터 역회전의 회전동력을 전달받아 제2 출력축(OS2) 상의 제2 출력기어(OG2)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치는 제2속 변속기어(D2)를 제1 출력축(OS1)에 배치하고 있으나, 제3 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치는 제2속 변속기어(D2)를 제2 출력축(OS2) 상에 고정 배치한 차이점이 있다.
따라서 제3 실시 예는 제2 실시 예와 비교하여 제2속 변속기어(D2)의 위치만 다를 뿐, 이외의 구성 및 변속과정이 동일하므로, 구성 및 변속과정에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상과 같이, 본 발명의 제1, 제2, 제3 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치는 주 동력원인 엔진(ENG)의 회전동력과 보조 동력원인 모터/제너레이터의 회전동력으로 고정기어비 모드에서 3속의 변속 모드를 구현하고, 엔진(ENG)과 모터/제너레이터의 회전동력으로 전자적 무단변속이 가능한 가변고정비 모드에서 2속의 변속모드를 구현하고, 모터/제너레이터의 회전동력만으로 3속의 변속 모드를 구현할 수 있어 연비 개선에 효과적이다.
특히, 도심 주행에서는 가변고정비 모드로 주행하고, 고속 주행에서는 고정기어비 모드로 주행할 수 있도록 함으로써, 운전 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 유성기어세트의 각각의 회전요소와 연결된 엔진(ENG)과 모터/제너레이터에 의하여 부드러운 발진을 이룰 수 있다.
또한, 모터/제너레이터의 고장 시, 엔진(ENG)의 회전동력에 의한 주행이 가능하므로 주행 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 고정기어비 모드에서 모터/제너레이터의 회전동력을 보조 동력으로 사용할 수 있으므로 가속 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 기본적으로 모터/제너레이터(MG)를 역구동시켜 후진 주행을 구현할 수 있으며, 별도의 후진 변속기구를 추가 구성하여 EV 모드만이 아닌 고정기어비 모드 및 가변기어비 모드에서도 후진 주행을 가능하게 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
ENG... 엔진
CL1,CL2,CL3... 제1, 제2,제3 클러치
ECL... 엔진 클러치
D1,D2,D3... 제1, 제2, 제3속 변속기어
EOS... 엔진 출력축
G1,G2,G3... 제1, 제2, 제3 입력기어
MG... 모터/제너레이터
MOS... 모터 출력축
IS1,IS2,IS3,IS4... 제1, 제2, 제, 제4 입력축
OS1,OS2... 제1, 제2 출력축
OUT1, OUT2... 제1, 제2 변속출력기구
PG... 유성기어세트
SL1,SL2... 제1, 제2 싱크로나이저

Claims (17)

  1. 엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치에 있어서,
    상기 엔진과 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되는 제1 입력축과, 상기 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되는 제2 입력축과, 하나의 이상의 입력기어가 고정 배치되는 제3 입력축과, 하나의 입력기어가 고정 배치되어 상기 제1 입력축에 선택적으로 연결되는 제4 입력축으로 이루어지는 입력수단;
    제1, 제2, 제3 회전요소를 갖는 유성기어세트로 이루어지며, 상기 제1 회전요소가 상기 제2 입력축에 연결되고, 상기 제3 회전요소가 제1 입력축에 연결되어 상기 제1, 제3 회전요소로 각각 입력되는 회전동력을 합성하여 상기 제2 회전요소를 통해 상기 제3 입력축으로 출력하는 토크변환수단; 및
    상기 제3, 제4 입력축으로부터 전달되는 회전동력을 변속하여 출력하는 변속출력수단;
    을 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력수단은
    상기 제1 입력축의 외주에 중공축인 상기 제2, 제3 입력축이 순차적으로 중첩 배치되고, 상기 제2, 제3 입력축의 후측에서 상기 제1 입력축의 외주에 중공축인 상기 제4 입력축이 중첩 배치되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토크변환수단은
    상기 제2, 제3 입력축과 상기 제4 입력축 사이의 제1 입력축 상에 배치되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 토크변환수단은
    선기어로 이루어지는 제1 회전요소와, 유성캐리어로 이루어지는 제2 회전요소와, 링기어로 이루어지는 제3 회전요소를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로 구성되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변속출력수단은
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축에 고정 배치되어 상기 제4 입력축 상의 입력기어와 외접 치합되는 1개의 변속기어와, 상기 제1 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제3 입력축 상의 2개의 입력기어들과 각각 외접 치합된 상태로, 제1 싱크로나이저에 의해 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 2개의 변속기어, 및 상기 제1 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제1 출력기어로 이루어지는 제1 변속출력기구를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변속출력수단은
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축과, 상기 제2 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 제2 싱크로나이저에 의해 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 후진 변속기어와, 상기 제2 출력축과 평행하게 배치되는 후진 아이들 축과, 상기 후진 아이들 축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제3 입력축 상의 하나의 입력기어와 상기 후진 변속기어 사이에 외접 치합되는 후진 아이들 기어, 및 상기 제2 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제2 출력기어로 이루어지는 제2 변속출력기구를 더 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 변속출력수단은
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제3 입력축 상의 2개의 입력기어들과 각각 외접 치합된 상태로, 제1 싱크로나이저에 의해 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 2개의 변속기어와, 상기 제1 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제1 출력기어로 이루어지는 제1 변속출력기구; 및
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축과, 상기 제2 출력축에 고정 배치되어 상기 제4 입력축 상의 입력기어와 외접 치합되는 1개의 변속기어와, 상기 제2 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 제2 싱크로나이저에 의해 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 후진 변속기어와, 상기 제2 출력축과 평행하게 배치되는 후진 아이들 축과, 상기 후진 아이들 축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제3 입력축 상의 하나의 입력기어와 상기 후진 변속기어 사이에 외접 치합되는 후진 아이들 기어, 및 상기 제2 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제2 출력기어로 이루어지는 제2 변속출력기구를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3 입력축 상에 고정 배치되는 하나 이상의 입력기어는 제1속의 입력기어로 작동하는 제1 입력기어와, 제3속의 입력기어로 작동하는 제2 입력기어가 전측에서 후측으로 순차적으로 고정 배치되고,
    상기 제4 입력축 상에 고정 배치되는 하나의 입력기어는 제2속의 입력기어로 작동하는 제3 입력기어로 이루어지는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변속출력수단은
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축에 고정 배치되어 상기 제3 입력기어와 외접 치합되는 제2속 변속기어와, 상기 제1 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1, 제2 입력기어와 각각 외접 치합된 상태로 제1 싱크로나이저에 의해 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 제1속, 제3속 변속기어, 및 상기 제1 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제1 출력기어로 이루어지는 제1 변속출력기구를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변속출력수단은
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축과, 상기 제2 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 제2 싱크로나이저에 의해 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 후진 변속기어와, 상기 제2 출력축과 평행하게 배치되는 후진 아이들 축과, 상기 후진 아이들 축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1 입력기어와 상기 후진 변속기어 사이에 외접 치합되는 후진 아이들 기어, 및 상기 제2 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제2 출력기어로 이루어지는 제2 변속출력기구를 더 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 변속출력수단은
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1, 제2 입력기어와 각각 외접 치합된 상태로 제1 싱크로나이저에 의해 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 제1속, 제3속 변속기어, 및 상기 제1 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제1 출력기어로 이루어지는 제1 변속출력기구; 및
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축과, 상기 제2 출력축에 고정 배치되어 상기 제3 입력기어와 외접 치합되는 제2속 변속기어와, 상기 제2 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 제2 싱크로나이저에 의해 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 후진 변속기어와, 상기 제2 출력축과 평행하게 배치되는 후진 아이들 축과, 상기 후진 아이들 축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1 입력기어와 상기 후진 변속기어 사이에 외접 치합되는 후진 아이들 기어, 및 상기 제2 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제2 출력기어로 이루어지는 제2 변속출력기구를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  12. 엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치에 있어서,
    상기 엔진과 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되는 제1 입력축과, 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 외주에 회전 가능하게 설치되어 상기 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되는 제2 입력축과, 중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축의 외주에 회전 가능하게 설치되며, 제1, 제2 입력기어가 고정 배치되는 제3 입력축과, 중공축으로 이루어져 상기 제2, 제3 입력축의 후측에서 상기 제1 입력축의 외주에 회전 가능하게 설치되어 상기 제1 입력축에 선택적으로 연결되며, 제3 입력기어가 고정 배치되는 제4 입력축으로 이루어지는 입력수단;
    선기어, 유성캐리어, 링기어를 갖는 싱글 피니언 유성기어세트로 이어지며, 상기 선기어가 상기 제2 입력축에 연결되고, 상기 링기어가 제1 입력축에 연결되어 상기 선기어와 링기어로 각각 입력되는 회전동력을 합성하여 상기 유성캐리어를 통해 상기 제3 입력축으로 출력하는 토크변환수단; 및
    상기 제3, 제4 입력축으로부터 전달되는 회전동력을 변속하여 출력하는 변속출력수단;
    을 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 토크변환수단은
    상기 제2, 제3 입력축과 상기 제4 입력축 사이의 제1 입력축 상에 배치되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입력기어는 제1속의 입력기어로 작동하고,
    상기 제2 입력기어는 제3속의 입력기어로 작동하고,
    상기 제3 입력기어는 제2속의 입력기어로 작동하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 변속출력수단은
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축에 고정 배치되어 상기 제3 입력기어와 외접 치합되는 제2속 변속기어와, 상기 제1 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1, 제2 입력기어와 각각 외접 치합된 상태로 제1 싱크로나이저에 의해 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 제1속, 제3속 변속기어, 및 상기 제1 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제1 출력기어로 이루어지는 제1 변속출력기구를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 변속출력수단은
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축과, 상기 제2 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 제2 싱크로나이저에 의해 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 후진 변속기어와, 상기 제2 출력축과 평행하게 배치되는 후진 아이들 축과, 상기 후진 아이들 축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1 입력기어와 상기 후진 변속기어 사이에 외접 치합되는 후진 아이들 기어, 및 상기 제2 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제2 출력기어로 이루어지는 제2 변속출력기구를 더 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 변속출력수단은
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1, 제2 입력기어와 각각 외접 치합된 상태로 제1 싱크로나이저에 의해 상기 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 제1속, 제3속 변속기어, 및 상기 제1 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제1 출력기어로 이루어지는 제1 변속출력기구; 및
    상기 제1 입력축과 평행하게 배치되는 제2 출력축과, 상기 제2 출력축에 고정 배치되어 상기 제3 입력기어와 외접 치합되는 제2속 변속기어와, 상기 제2 출력축 상에 회전 가능하게 배치되어 제2 싱크로나이저에 의해 상기 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결되는 후진 변속기어와, 상기 제2 출력축과 평행하게 배치되는 후진 아이들 축과, 상기 후진 아이들 축 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 제1 입력기어와 상기 후진 변속기어 사이에 외접 치합되는 후진 아이들 기어, 및 상기 제2 출력축 상의 전측에 고정 배치되는 제2 출력기어로 이루어지는 제2 변속출력기구를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
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