KR20210089163A - 하이브리드 파워 시스템, 및 그 작동 방법, 토크 분배 방법 및 기어 변속 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 파워 시스템, 및 그 작동 방법, 토크 분배 방법 및 기어 변속 제어 방법 Download PDF

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KR20210089163A
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신커 무
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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    • B60K6/00—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
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    • B60K6/42—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 the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/44—Series-parallel type
    • B60K6/442—Series-parallel switching type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/02—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of driveline clutches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
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    • B60W10/10—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of change-speed gearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/15—Control strategies specially adapted for achieving a particular effect
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/19—Improvement of gear change, e.g. by synchronisation or smoothing gear shift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/089—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears all of the meshing gears being supported by a pair of parallel shafts, one being the input shaft and the other the output shaft, there being no countershaft involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—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
    • B60K6/20—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
    • B60K6/42—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 the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/00—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
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    • B60K6/42—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 the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/04—Smoothing ratio shift
    • F16H61/0403—Synchronisation before shifting
    • F16H2061/0422—Synchronisation before shifting by an electric machine, e.g. by accelerating or braking the input shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H2200/0039—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising three forward speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0052—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising six forward speeds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Abstract

본 발명은 하이브리드 파워 시스템, 및 그 작동 방법, 토크 분배 방법 및 기어 변속 제어 방법을 제공한다. 상기 하이브리드 파워 시스템의 변속기는 2개의 독립된 입력 축 및 상기 2개의 입력 축과 각각 변속 연결되는 2개의 모터를 사용하고, 엔진은 클러치를 통해 상기 2개의 모터 중 하나와 변속 연결된다. 이러한 방식을 통해, 일 측면에 의하면, 토크 보상은 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 과정 중에 지속적으로 수행되어, 상기 기어 변속 과정 중에 상기 하이브리드 파워 시스템에 대한 토크 중단 현상을 방지할 수 있으며; 다른 측면에 의하면, 상기 하이브리드 파워 시스템은 일측 모터가 배터리를 충전하도록 상기 엔진에 의해 구동되고 타측 모터가 구동을 위한 변속기에 토크를 전달하도록 구동되는 직렬 모드를 가능하게 할 수 있다.

Description

하이브리드 파워 시스템, 및 그 작동 방법, 토크 분배 방법 및 기어 변속 제어 방법
본 발명은 차량 분야에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 파워 시스템 및 그 작동 방법, 토크 분배 방법 및 기어 변속 제어 방법에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(ICE), 모터(EM), 클러치(K0), 변속기(AMT), 및 차동 장치(DM)를 포함하는 종래 기술에서의 하이브리드 파워 시스템을 설명하면 다음과 같다. 엔진(ICE)의 출력 축은 클러치(K0)를 통해 모터(EM)의 입력/출력 축과 변속 연결되고, 상기 모터(EM)의 입력/출력 축은 변속기(AMT)의 오직 하나의 입력 축과 직접 및 동축적으로 연결된다. 상기 변속기(AMT)는 평행하게 배치되고 서로 이격되는 입력 축, 출력 축 및 후진 기어 축을 포함한다. 복수의 동기식 맞물림 장치 및 복수의 기어 휠이 상기 축 상에 배치되어, 상기 축이 상기 복수의 동기식 맞물림 기구 및 상기 복수의 기어 휠을 통해 서로 다른 조합으로 맞물림됨으로써, 선택적으로 변속 연결될 수 있다. 상기 차동 장치(DM)의 외부 링 기어가 상기 변속기(AMT)의 출력 축과 변속 연결되어, 변속기(AMT)의 구동력/토크가 차동 장치(DM)를 통해 휠들로 전달될 수 있다.
상술한 상기 하이브리드 파워 시스템에는 다음과 같은 결함을 갖는다.
일 측면에 따르면, 상기 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 과정 중에, 변속기(AMT)의 입력 축의 토크는 동기식 맞물림 장치가 초기 기어에서 후퇴한 다음 타겟 기어와 교합될 수 있도록 0 Nm으로 감소될 필요가 있다. 이러한 과정에서 변속기(AMT)에 입력되는 토크가 차단되어, 토크 차단이 상기 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 중에 운전자에게 인지될 수 있다.
다른 측면에서, 상기 하이브리드 파워 시스템에는 단일 모터(EM)만 존재하기 때문에 직렬 모드를 구현할 수 없다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 결점들을 고려하여 개시되었다. 본 발명의 목적은 변속 과정에서 토크 보상을 수행하여 기어 변속 과정에서 토크 차단 현상을 방지할 수 있고 직렬 모드도 구현할 수 있는 신규한 하이브리드 파워 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 하이브리드 파워 시스템의 작동 방법, 토크 분배 방법 및 기어 변속 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 다음과 같은 기술 방안들을 채택한다.
본 발명은 하기의 하이브리드 파워 시스템을 제공한다. 하이브리드 파워 시스템은 제1 입력 축, 제2 입력 축, 출력 축, 복수의 동기식 맞물림 장치 및 복수의 기어휠을 포함하고, 상기 제2 입력 축은 상기 제1 입력 축을 둘러싸고, 상기 제2 입력 축과 상기 제1 입력 축은 독립적으로 회전 가능하며, 상기 출력 축은 상기 제1 입력 축 및 상기 제2 입력 축과 간격을 두고 평행하게 배치되고, 상기 출력 축에 배치된 상기 기어 휠은 상기 제1 입력 축 및 상기 제2 입력 축에 배치된 기어 휠과 지속적으로 맞물림으로써, 상기 축들은 상기 복수의 동기식 맞물림 장치 및 상기 복수의 기어 휠을 통해 선택적으로 변속 연결될 수 있는, 변속기; 입력/출력 축이 상기 변속기의 상기 제1 입력 축과 변속 연결되는 제1 모터; 입력/출력 축이 상기 변속기의 상기 제2 입력 축과 변속 연결되는 제2 모터; 엔진 및 클러치로서, 상기 엔진은 클러치를 통해 상기 제1 모터의 상기 입력/출력 축과 변속 연결되는 엔진 및 클러치; 및 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터와 전기적으로 연결되는 배터리를 포함한다.
바람직하게는, 제1 모터의 입력/출력 축은 제1 입력 축과 직접 및 동축적으로 연결되고, 제2 모터의 입력/출력 축은 기어 휠 변속 장치를 통해 제2 입력 축과 변속 연결된다.
바람직하게는, 상기 복수의 동기식 맞물림 장치는 제1 동기식 맞물림 장치 및 제2 동기식 맞물림 장치를 포함하며, 상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제1 입력 축 상에 배치되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 출력 축 상에 배치되며; 상기 제1 동기식 맞물림 장치에 대응하는 제1 기어 휠이 상기 제1 입력 축 상에 배치되고, 상기 제1 기어 휠은 상기 출력 축에 고정된 제2 기어 휠과 지속적으로 맞물리며, 상기 제1 동기식 맞물림 장치에 대응하는 제3 기어 휠이 상기 제2 입력 축에 고정되고, 상기 제3 기어 휠은 상기 출력 축 상에 배치된 제4 기어 휠과 지속적으로 맞물리며; 상기 제4 기어 휠은 상기 제2 동기식 맞물림 장치에 대응하고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치에 대응하는 제5 기어 휠이 상기 출력 축 상에 배치되며, 상기 제5 기어 휠은 상기 제2 입력 축에 고정된 제6 기어 휠과 지속적으로 맞물린다.
더 바람직하게는, 상기 제2 모터의 상기 입력/출력 축에 고정된 제8 기어 휠은 중간 기어 휠로 작용하는 제7 기어 휠과 지속적으로 맞물리고, 상기 제7 기어 휠은 상기 제3 기어 휠 또는 상기 제6 기어 휠과 지속적으로 맞물리며, 상기 제7 기어 휠과 상기 제8 기어 휠은 기어 휠 변속 장치를 구성한다.
더 바람직하게는, 상기 하이브리드 파워 시스템은 순수 모터 구동 모드를 구현하도록 상기 하이브리드 파워 시스템을 제어할 수 있는 제어 모듈로서, 상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 순수 모터 구동 모드인 경우에는, 상기 엔진은 정지된 상태이고, 상기 제2 모터는 작동 상태이면서 상기 제1 모터는 정지 상태에 있거나, 상기 제1 모터와 상기 제2 모터가 모두 작동 상태에 있으며, 상기 클러치는 결속 해제되고, 상기 변속기의 상기 동기식 맞물림 장치는 해당 기어 휠과 맞물림됨으로써, 상기 제2 모터가 구동을 위해 상기 변속기에 토크를 전달하거나, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터는 모두가 구동을 위해 상기 변속기에 토크를 전달하는 제어 모듈을 추가로 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 순수 모터 구동 모드인 경우, 상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제1 기어 휠과 맞물림되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 제5 기어 휠과 맞물림되거나; 상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제1 기어 휠과 맞물림되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 제4 기어 휠과 맞물림된다.
더 바람직하게는, 상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 순수 모터 구동 모드인 경우에는, 상기 제2 모터의 상기 입력/출력 축으로부터 상기 변속기의 상기 출력 축으로의 변속비는 상기 제1 모터의 상기 입력/출력 축으로부터 상기 변속기의 상기 출력 축으로의 변속비 보다 크다.
더 바람직하게는, 상기 하이브리드 파워 시스템은 상기 하이브리드 파워 구동 모드를 구현하기 위해 상기 하이브리드 파워 시스템의 상기 제어 모듈에 의해 제어될 수 있으며, 상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 하이브리드 파워 구동 모드인 경우에는, 상기 엔진은 작동 상태이고, 상기 제1 모터는 작동 상태이면서 상기 제2 모터는 정지 상태에 있거나, 상기 제1 모터와 상기 제2 모터가 모두 작동 상태에 있으며, 상기 클러치는 결속되고, 상기 변속기의 상기 동기식 맞물림 장치는 해당 기어 휠과 맞물림됨으로써, 상기 엔진 및 상기 제1 모터가 구동을 위해 상기 변속기에 토크를 전달하거나, 상기 엔진, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터가 구동을 위해 상기 변속기에 토크를 전달한다.
더 바람직하게는, 상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 하이브리드 파워 구동 모드인 경우, 상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제3 기어 휠과 맞물림되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 제5 기어 휠과 맞물림되고; 상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제1 기어 휠과 맞물림되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 제5 기어 휠과 맞물림되거나; 상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제3 기어 휠과 맞물림되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 제4 기어 휠과 맞물림된다.
더 바람직하게는, 상기 하이브리드 파워 시스템은 직렬 모드를 구현하기 위해 상기 하이브리드 파워 시스템의 상기 제어 모듈에 의해 제어될 수 있으며, 상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 직렬 모드인 경우에는, 상기 엔진, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터가 모두 상기 작동 상태에 있으며, 상기 클러치는 결속되고, 상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제1 동기식 맞물림 장치가 해당 기어 휠들로부터 맞물림 해제되고 상기 제2 동기식 맞물림 장치가 상기 제4 기어 휠 또는 상기 제5 기어 휠과 맞물림되는 중립 위치에 있음으로써, 상기 엔진은 상기 제1 모터에 토크를 전달하여 상기 제1 모터가 상기 배터리를 충전할 수 있도록 하고, 상기 제2 모터는 구동을 위해 상기 변속기에 토크를 전달한다.
더 바람직하게는, 상기 하이브리드 파워 시스템은 유휴 충전 모드를 구현하기 위해 상기 하이브리드 파워 시스템의 상기 제어 모듈에 의해 제어될 수 있으며, 상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 유휴 충전 모드인 경우에는, 상기 엔진은 작동 상태이고, 상기 제1 모터는 작동 상태이면서 상기 제2 모터는 상기 정지 상태에 있으며, 상기 클러치는 결속되고, 상기 변속기의 상기 동기식 맞물림 장치들은 모두 상기 중립 위치에 있음으로써, 상기 엔진은 상기 제1 모터에 토크를 전달하여 상기 제1 모터가 상기 배터리를 충전할 수 있도록 한다.
본 발명은 전술한 기술 방안들 중 어느 하나에 따른 하이브리드 파워 시스템의 작동 방법을 추가적으로 제공한다. 상기 작동 방법은 다음을 포함한다: 상기 하이브리드 파워 시스템의 배터리의 충전 레벨이 소정의 제1 임계값 이상이고 요청된 구동력이 상기 배터리의 최대 배터리 출력 미만인 경우, 상기 하이브리드 파워 시스템은 상기 순수 모터 구동 모드를 사용하는 단계; 상기 배터리의 상기 충전 레벨이 상기 소정의 제1 임계값 미만이고 소정의 제2 임계값 이상인 경우, 상기 순수 모터 구동 모드 및 상기 하이브리드 파워 구동 모드에서 상기 하이브리드 파워 시스템의 전체 시스템 효율은 상기 엔진의 열효율, 상기 모터 및 그에 따른 전력 전자 제어 평균 효율, 및 상기 배터리의 충/방전 효율에 기초하여 각각 계산되고, 상기 순수 모터 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율과 상기 하이브리드 파워 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율을 비교하며, 상기 하이브리드 파워 시스템은 전체 시스템 효율을 높이는 구동 모드를 사용하는 단계; 및 상기 배터리의 상기 충전 레벨이 소정의 제2 임계값 미만인 경우, 상기 하이브리드 파워 시스템은 상기 직렬 모드를 사용하는 단계.
바람직하게는, 상기 배터리의 상기 충전 레벨이 상기 소정의 제1 임계값 미만이고 상기 소정의 제2 임계값 이상인 경우, 상기 순수 모터 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율과 상기 하이브리드 파워 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율을 반복적으로 비교하여, 상기 전체 시스템 효율의 상기 비교를 기초로 상기 순수 모터 구동 모드와 상기 하이브리드 파워 구동 모드 사이의 전환이 필요하면, 소정의 시간이 지연되어 상기 전환이 수행된다.
바람직하게는, 상기 순수 모터 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율과 상기 하이브리드 파워 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율은 상기 엔진의 열효율, 상기 모터 및 그에 따른 전력 전자 제어 평균 효율, 및 상기 배터리의 충/방전 효율에서 상이한 매개 변수들의 결과물에 따라 계산된다.
본 발명은 전술한 기술 방안들 중 어느 하나에 따른 하이브리드 파워 시스템의 토크 분배 방법을 추가적으로 제공한다. 상기 토크 분배 방법은 다음을 포함한다: 상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 순수 모터 구동 모드인 경우에는, 상기 제2 모터의 토크는 요청된 토크에 따라 설정되고, 상기 요청된 토크가 상기 제2 모터의 최대 정격 토크를 초과하면, 상기 제1 모터의 토크는 상기 요청된 토크와 상기 제2 모터의 상기 최대 정격 토크 사이의 차이에 기초하여 설정되는 단계; 및 상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 하이브리드 파워 구동 모드인 경우에는, 상기 요청된 토크에 따라 엔진의 토크와 상기 제1 모터의 상기 토크가 설정되고, 상기 요청된 토크가 상기 엔진의 상기 토크와 상기 제1 모터의 상기 토크의 합을 초과하면, 상기 제2 모터의 상기 토크는 상기 요청된 토크 및 상기 엔진의 상기 토크와 상기 제1 모터의 상기 토크의 상기 합 사이의 차이에 따라 설정되는 단계.
본 발명은 전술한 기술 방안들 중 어느 하나에 따른 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 제어 방법을 추가적으로 제공한다. 상기 기어 변속 제어 방법에서, 상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 순수 모터 구동 모드에서 기어들을 변속할 때 상기 제1 모터 상에 토크 보상이 수행되고; 하이브리드 파워 시스템이 하이브리드 파워 구동 모드에서 기어를 변속 할 때, 토크 보상은 제2 동기 맞물림 장치가 해당 기어 휠들로부터 맞물림 해제되는 경우 엔진 및/또는 제1 모터 상에서 수행되고; 토크 보상은 제1 동기 맞물림 장치가 해당 기어 휠로부터 맞물림 해제되는 경우 제2 모터 상에서 수행된다.
바람직하게는, 상기 변속기의 상기 동기식 맞물림 장치가 상기 해당 기어 휠로부터 맞물림 해제되기 전에 상기 하이브리드 파워 시스템이 기어들을 변속할 때, 상기 기어 변속 제어 방법에 의해 토크 전달이 수행되어 상기 토크 보상을 달성한다.
더 바람직하게는, 하이브리드 파워 시스템이 순수 모터 구동 모드에서 기어를 변속하는 경우, 토크 전달 과정 중에, 제2 모터의 토크가 감소하고 제1 모터의 토크가 증가함으로써, 토크 보상이 제1 모터 상에서 수행될 수 있다.
더 바람직하게는, 하이브리드 파워 시스템이 하이브리드 파워 구동 모드에서 기어를 변속하는 경우, 토크 전달 과정 중에, 제2 동기식 맞물림 장치에 의해 기어 변속이 수행되면, 토크 전달 과정 중에 제2 모터의 토크가 감소하고 엔진 및/또는 제1 모터의 토크가 증가함으로써, 토크 보상이 엔진 및/또는 제1 모터 상에서 수행될 수 있으며; 하이브리드 파워 구동 모드에서 제1 동기식 맞물림 장치에 의해 기어 변속이 수행되면, 토크 전달 과정 중에 엔진의 토크 및 제1 모터의 토크가 모두 감소하고 제2 모터의 토크가 증가함으로써, 토크 보상이 제2 모터 상에서 수행될 수 있다.
전술한 기술 방안들을 채택함으로써, 본 발명은 신규한 하이브리드 파워 시스템, 및 그 작동 방법, 토크 분배 방법 및 기어 변속 제어 방법을 제공한다. 상기 하이브리드 파워 시스템의 변속기는 2개의 독립된 입력 축 및 상기 2개의 입력 축과 각각 변속 연결되는 2개의 모터를 채택한다. 상기 엔진은 클러치를 통해 상기 2개의 모터 중 하나와 변속 연결된다. 이러한 방식을 통해, 일 측면에 의하면, 토크 보상은 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 과정 중에 지속적으로 수행되어, 상기 기어 변속 과정 중에 상기 하이브리드 파워 시스템에 대한 토크 중단 현상을 방지할 수 있으며; 다른 측면에 의하면, 상기 하이브리드 파워 시스템은 일측 모터가 배터리를 충전하도록 상기 엔진에 의해 구동되고 타측 모터가 구동을 위한 변속기에 토크를 전달하도록 구동되는 직렬 모드를 가능하게 할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 하이브리드 파워 시스템의 연결 구조를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 파워 시스템의 연결 구조를 개략적으로 나타내는 도면.
도 3a는 순수 모터 구동 모드에서 기어들을 변속하는 도 2의 하이브리드 파워 시스템의 일 예에서 시간에 따른 다양한 파라미터들의 변화를 나타내는 도면; 도 3b는 하이브리드 모터 구동 모드에서 기어들을 변속하는 도 2의 하이브리드 파워 시스템의 제1 예에서 시간에 따른 다양한 파라미터들의 변화를 나타내는 도면; 도 3c는 하이브리드 파워 구동 모드에서 기어들을 변속하는 도 2의 하이브리드 파워 시스템의 제2 예에서 시간에 따른 다양한 파라미터의 변화를 나타내는 도면.
이하, 본 명세서의 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 설명한다. 본 발명에서, "변속 연결"이란, 달리 명시되지 않는 한, 직접 연결 또는 기어 장치를 통해 구동력/토크를 전달하는 두 구성 요소 사이에 구동력/토크가 전달될 수 있음을 의미한다.
(하이브리드 파워 시스템의 구조)
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 파워 시스템은 엔진(ICE), 제1 모터(EM1), 제2 모터(EM2), 클러치(K0), 변속기(AMT), 차동 장치(DM), 및 배터리(미도시)를 포함한다.
구체적으로, 엔진(ICE)은 예컨대 3기통 엔진이다. 엔진(ICE)은 제1 모터(EM1)에 대해 변속기(AMT)의 반대편에 위치하며, 엔진(ICE)의 출력 축은 클러치(K0)를 통해 제1 모터(EM1)의 입력/출력 축과 변속 연결된다. 클러치(K0)가 결속되면, 엔진(ICE)의 출력 축은 제1 모터(EM1)의 입력/출력 축과 변속 연결되며; 클러치(K0)가 결속 해제되면 엔진(ICE)의 출력 축과 제1 모터(EM1)의 입력/출력 축 사이의 변속 연결이 이루어지지 않는다.
클러치(K0)는 더블 클러치가 아닌, 클러치 유닛이 하나뿐인 별도의 종래 클러치이다. 예컨대, 클러치(K0)는 종래의 마찰 클러치이며, 본 명세서에서는 클러치(K0)의 구조를 구체적으로 언급하지는 않는다. 또한, 상기 클러치(K0)는 하이브리드 파워 시스템용으로 충분하므로 변속기(AMT) 내에 추가적인 클러치들을 제공할 필요는 없다.
제1 모터(EM1)의 입력/출력 축은 변속기(AMT)의 제1 입력 축(S1)과 직접 및 동축적으로 연결되어, 제1 모터(EM1)와 변속기(AMT) 사이에서 구동력/토크가 양방향으로 전달될 수 있다. 상술한 "직접 및 동축적으로 연결"이란, 제1 모터(EM1)의 입력/출력 축과 변속기(AMT)의 제1 입력 축(S1)이 동일한 축이거나, 제1 모터(EM1)의 입력/출력 축과 변속기(AMT)의 제1 입력 축(S1)이 서로 직접적이고 견고하게 연결되는 것을 의미한다. 전기 에너지가 배터리(미 도시)에 의해 제1 모터(EM1)에 공급되면, 제1 모터(EM1)는 전기 모터로 작동하여 변속기(AMT)의 제1 입력 축(S1)에 구동력/토크를 전달하며; 제1 모터(EM1)가 엔진(ICE)으로부터 구동력/토크를 획득하면, 제1 모터(EM1)는 발전기로 작동하여 배터리를 충전한다.
제2 모터(EM2)의 입력/출력 축은 기어 휠 변속 장치(기어 휠(G7 및 G8))를 통해 변속기(AMT)의 제2 입력 축(S2)과 기어 연결되어, 제2 모터(EM2) 및 변속기(AMT) 사이에서 구동력/토크가 양방향으로 전달될 수 있다. 구체적으로, 기어 휠(G8)은 제2 모터(EM2)의 입력/출력 축에 고정된다. 중간 기어 역할을 하는 기어 휠(G7)은 기어 휠(G8)과 지속적으로 맞물리는 한편, 기어 휠(G7)은 제2 입력 축(S2)에 고정된 기어 휠(G6)과도 지속적으로 맞물리는데, 기어 휠(G7)은 제2 모터(EM2)의 출력 축(S3)에 대한 변속비를 조정하기 위해 주로 사용된다.
배터리(미 도시)는 제1 모터(EM1) 및 제2 모터(EM2)와 전기적으로 연결되어, 배터리가 제1 모터(EM1) 및 제2 모터(EM2)에 전기 에너지를 공급할 수 있으며, 이에 따라 배터리는 아래에 설명된 직렬 모드 및 유휴 충전 모드에서 제1 모터(EM1)에 의해 충전된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 변속기(AMT)는 제1 입력 축(S1), 제2 입력 축(S2) 및 출력 축(S3)을 포함한다. 제1 입력 축(S1)은 중실 축이고, 제2 입력 축(S2)은 중공 축이며, 제1 입력 축(S1)은 제2 입력 축(S2)의 내부를 관통한다. 즉, 제2 입력 축(S2)은 제1 입력 축(S1)을 둘러싸고, 제1 입력 축(S1)의 중심 축은 제2 입력 축(S2)의 중심 축과 일치한다. 제1 입력 축(S1)과 제2 입력 축(S2)은 독립적으로 회전 가능하다. 출력 축(S3)은 제1 입력 축(S1) 및 제2 입력 축(S2)과 간격을 두고 평행하게 배치된다.
또한, 변속기(AMT)는 다른 기어들에 대응하는 기어 쌍을 구성하기 위해 사용되는 기어 휠들(기어 휠(G1 내지 G6)), 동기식 맞물림 장치(A1 및 A2), 및 기어 휠 변속 장치를 구성하기 위해 사용되는 중간 기어(기어 휠(G7))를 더 포함한다. 제1 동기 맞물림 장치(A1)는 제1 입력 축(S1) 상에 배치되고, 제2 동기 맞물림 장치(A2)는 출력 축(S3) 상에 배치된다. 상기 동기식 맞물림 장치(A1 및 A2) 각각은 동기화 장치 및 기어 액추에이터를 포함하고 두 개의 기어 휠에 각각 대응하되, 제1 동기식 맞물림 장치(A1)는 기어 휠(G1 및 G3)에 대응하고, 제2 동기식 맞물림 장치(A2)는 기어 휠(G4 및 G5)에 대응한다.
이하, 상기 기어들에 대응하는 기어 쌍을 구성하기 위해 사용되는 변속기(AMT)의 기어 휠들에 대해 설명한다.
기어 휠(G1)은 제1 입력 축(S1) 상에 배치되고, 기어 휠(G2)은 출력 축(S3)에 고정되며, 기어 휠(G1)과 기어 휠(G2)은 지속적으로 맞물려, 하나의 기어에 대응하는 기어 쌍을 구성한다.
기어 휠(G3)은 제2 입력 축(S2)에 고정되고, 기어 휠(G4) 및 기어 휠(G2)은 이격 모드에서 출력 축(S3) 상에 배치되며, 기어 휠(G3)과 기어 휠(G4)은 지속적으로 맞물려, 다른 기어에 대응하는 기어 쌍을 구성한다.
기어 휠(G5) 및 기어 휠(G4)은 출력 축(S3) 상에 간격을 두고 배치되고, 기어 휠(G6) 및 기어 휠(G3)은 제2 입력 축(S2)에 간격을 두고 고정되며, 기어 휠(G5) 및 기어 휠(G6)은 지속적으로 맞물려, 또 다른 기어에 대응하는 기어 쌍을 구성한다.
이러한 방식으로, 상술한 구조를 채택함으로써, 변속기(AMT)의 상기 복수의 기어 휠(G1 내지 G6)이 서로 맞물려 변속기(AMT)의 3가지 기어에 각각 대응하는 기어 쌍을 구성하며, 동기식 맞물림 장치(A1 및 A2)는 대응하는 기어 휠들에 대해 맞물림되거나 맞물림 해제되어 기어 변속이 구현될 수 있다. 변속기(AMT)에 의한 기어 변속이 필요한 경우에는, 해당 동기식 맞물림 장치(A1 및 A2)의 동기화 장치들은 해당 기어 휠과 맞물림 되어 축 간의 선택적인 변속 연결 또는 연결 해제를 구현하는 역할을 한다.
또한, 제2 입력 축(S2)은 기어 휠(G6), 기어 휠(G7), 및 제2 모터(EM2)의 입력/출력 축에 고정된 기어 휠(G8)을 통해 제2 모터(EM2)의 입력/출력 축과 지속적으로 변속 연결된다.
차동 장치(DM)는 변속기(AMT)의 출력 축(S3)와 변속 연결되는데, 차동 장치(DM)는 변속기(AMT)에 포함되지 않지만, 차동 장치(DM)는 필요한 경우에는 변속기(AMT) 내에 통합될 수 있다.
이러한 방식으로, 엔진(ICE), 제1 모터(EM1) 및/또는 제2 모터(EM2)로부터의 구동력/토크가 변속기(AMT)를 통해 차동 장치(DM)로 전달되어 차량의 바퀴들(TI)로 추가적으로 출력될 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 하이브리드 파워 시스템의 구체적인 구조를 상세히 설명하였다. 이하, 상기 하이브리드 파워 시스템의 작동 방법에 관해 설명한다.
(작동 방법)
우선, 도 2의 하이브리드 파워 시스템의 작동 모드에 대해 설명한다. 아래의 표 1에는 도 2의 하이브리드 파워 시스템의 특정 작동 모드와 각 작동 모드에서의 클러치(K0), 제1 동기식 맞물림 장치(A1), 및 제2 동기식 맞물림 장치(A2)의 상태가 나타나 있다.
클러치(K0) 제1 동기식 맞물림 장치(A1) 제2 동기식 맞물림 장치(A2)
제1 순수 모터 구동 모드 결속 해제 우측 좌측
제2 순수 모터 구동 모드 결속 해제 우측 우측
제1 하이브리드 파워 구동 모드 결속 좌측 좌측
제2 하이브리드 파워 구동 모드 결속 우측 좌측
제3 하이브리드 파워 구동 모드 결속 좌측 우측
유휴 충전 모드 결속 중립 위치 중립 위치
직렬 모드 결속 중립 위치 좌측/우측
구체적으로, 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 하이브리드 파워 시스템은 제1 순수 모터 구동 모드와 제2 순수 모터 구동 모드를 구현하기 위해 하이브리드 파워 시스템의 제어 모듈(미도시)에 의해 제어 될 수 있다.
상기 하이브리드 파워 시스템이 제1 순수 모터 구동 모드인 경우,
엔진(ICE)은 정지 상태에 있으며;
제2 모터(EM2)가 작동 상태이고 제1 모터(EM1)는 정지 상태에 있거나, 제1 모터(EM1) 및 제2 모터(EM2)가 모두 작동 상태에 있으며;
클러치(K0)는 결속 해제되며;
변속기(AMT) 내에서는, 제1 동기식 맞물림 장치(A1)가 기어 휠(G1)과 맞물림되고, 제2 동기식 맞물림 장치(A2)가 기어 휠(G5)과 맞물림된다.
이러한 방식으로, 제2 모터(EM2)는 기어 휠(G8), 기어 휠(G7), 기어 휠(G6), 기어 휠(G5) 및 출력 축(S3)을 순차적으로 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 개별적으로 토크를 전달하거나, 제1 모터(EM1) 및 제2 모터(EM2)는 기어 휠(G8), 기어 휠(G7), 기어 휠(G6), 기어 휠(G5) 및 출력 축(S3)을 순차적으로, 그리고 제1 입력 축(S1), 기어 휠(G1), 기어 휠(G2) 및 출력 축(S3)을 순차적으로 각각 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달한다.
하이브리드 파워 시스템이 제2 순수 모터 구동 모드인 경우,
엔진(ICE)은 정지 상태에 있고,
제2 모터(EM2)가 작동 상태이고 제1 모터(EM1)는 정지 상태에 있거나, 제1 모터(EM1) 및 제2 모터(EM2)가 모두 작동 상태에 있으며;
클러치(K0)는 결속 해제되며;
변속기(AMT) 내에서는, 제1 동기식 맞물림 장치(A1)가 기어 휠(G1)과 맞물림되고, 제2 동기식 맞물림 장치(A2)가 기어 휠(G4)과 맞물림된다.
이러한 방식으로, 제2 모터(EM2)는 기어 휠(G8), 기어 휠(G7), 기어 휠(G6), 제2 입력 축(S2), 기어 휠(G3), 기어 휠(G4), 및 출력 축(S3)을 순차적으로 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 개별적으로 토크를 전달하거나, 제1 모터(EM1) 및 제2 모터(EM2)는 기어 휠(G8), 기어 휠(G7), 기어 휠(G6), 제2 입력 축(S2), 기어 휠(G3), 기어 휠(G4), 및 출력 축(S3)을 순차적으로, 그리고 제1 입력 축(S1), 기어 휠(G1), 기어 휠(G2), 및 출력 축(S3)을 순차적으로 각각 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달한다.
또한, 표 1에 도시된 바와 같이, 하이브리드 파워 시스템은 제1 하이브리드 전력 구동 모드, 제2 하이브리드 전력 구동 모드 및 제3 하이브리드 전력 구동 모드를 구현하기 위해 하이브리드 파워 시스템의 제어 모듈에 의해 제어될 수 있다.
하이브리드 파워 시스템이 제1 하이브리드 파워 구동 모드인 경우,
엔진(ICE)은 작동 상태에 있고,
제1 모터(EM1)가 작동 상태이고 제2 모터(EM2)는 정지 상태에 있거나, 제1 모터(EM1) 및 제2 모터(EM2)가 모두 작동 상태에 있으며,
클러치(K0)는 결속되며,
변속기(AMT) 내에서는, 제1 동기식 맞물림 장치(A1)가 기어 휠(G3)과 맞물림되고, 제2 동기식 맞물림 장치(A2)가 기어 휠(G5)과 맞물림된다.
이러한 방식으로, 엔진(ICE) 및 제1 모터(EM1)는 제1 입력 축(S1), 기어 휠(G3), 제2 입력 축(S2), 기어 휠(G6), 기어 휠(G5), 및 출력 축(S3)을 순차적으로 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달하거나, 엔진(ICE) 및 제1 모터(EM1)는 제1 입력 축(S1), 기어 휠(G3), 제2 입력 축(S2), 기어 휠(G6), 기어 휠(G5), 및 출력 축(S3)을 순차적으로 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달하고, 제2 모터(EM2)는 기어 휠(G8), 기어 휠(G7), 기어 휠(G6), 기어 휠(G5), 및 출력 축(S3)을 순차적으로 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달한다.
하이브리드 파워 시스템이 제2 하이브리드 파워 구동 모드인 경우,
엔진(ICE)은 작동 상태에 있고,
제1 모터(EM1)가 작동 상태이고 제2 모터(EM2)는 정지 상태에 있거나, 제1 모터(EM1) 및 제2 모터(EM2)가 모두 작동 상태에 있으며,
클러치(K0)는 결속되며,
변속기(AMT) 내에서는, 제1 동기식 맞물림 장치(A1)가 기어 휠(G1)과 맞물림되고, 제2 동기식 맞물림 장치(A2)가 기어 휠(G5)과 맞물림된다.
이러한 방식으로, 엔진(ICE) 및 제1 모터(EM1)는 제1 입력 축(S1), 기어 휠(G1), 기어 휠(G2), 및 출력 축(S3)을 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달하거나, 엔진(ICE) 및 제1 모터(EM1)는 제1 입력 축(S1), 기어 휠(G1), 기어 휠(G2), 및 출력 축(S3)을 순차적으로 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달하고, 제2 모터(EM2)는 기어 휠(G8), 기어 휠(G7), 기어 휠(G6), 기어 휠(G5) 및 출력 축(S3)을 순차적으로 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달한다.
하이브리드 파워 시스템이 제3 하이브리드 파워 구동 모드인 경우,
엔진(ICE)은 작동 상태에 있고,
제1 모터(EM1)가 작동 상태이고 제2 모터(EM2)는 정지 상태에 있거나, 제1 모터(EM1) 및 제2 모터(EM2)가 모두 작동 상태에 있으며,
클러치(K0)는 결속되며,
변속기(AMT) 내에서는, 제1 동기식 맞물림 장치(A1)가 기어 휠(G3)과 맞물림되고, 제2 동기식 맞물림 장치(A2)가 기어 휠(G4)과 맞물림된다.
이러한 방식으로, 엔진(ICE) 및 제1 모터(EM1)는 제1 입력 축(S1), 기어 휠(G3), 기어 휠(G4), 및 출력 축(S3)을 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달하거나, 엔진(ICE) 및 제1 모터(EM1)는 제1 입력 축(S1), 기어 휠(G3), 기어 휠(G4), 및 출력 축(S3)을 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달하고, 제2 모터(EM2)는 기어 휠(G8), 기어 휠(G7), 기어 휠(G6), 제2 입력 축(S2), 기어 휠(G3), 기어 휠(G4), 및 출력 축(S3)을 순차적으로 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달한다.
또한, 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 하이브리드 파워 시스템은 유휴 충전 모드를 구현하기 위해 상기 하이브리드 파워 시스템의 상기 제어 모듈에 의해 제어될 수 있다.
상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 유휴 충전 모드인 경우,
엔진(ICE)은 작동 상태에 있으며;
제1 모터(EM1)가 작동 상태이고 제2 모터(EM2)는 정지 상태에 있으며;
클러치(K0)는 결속되며;
변속기(AMT) 내에서, 제1 동기식 맞물림 장치(A1)는 상기 제1 동기식 맞물림 장치가 해당 기어 휠들(기어 휠(G1 및 G3))에서 맞물림 해제되는 중립 위치에 있으며, 제2 동기식 맞물림 장치(A2)는 상기 제2 동기식 맞물림 장치가 해당 기어 휠들(기어 휠(G4 및 G5))에서 맞물림 해제되는 중립 위치에 있다.
이러한 방식으로, 엔진(ICE)은 제1 모터(EM1)에 토크를 전달하여 제1 모터(EM1)가 배터리를 충전할 수 있도록 한다.
또한, 표 1에 나타난 바와 같이, 하이브리드 파워 시스템은 직렬 모드를 구현하기 위해 하이브리드 파워 시스템의 제어 모듈에 의해 제어될 수 있다.
상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 직렬 모드인 경우,
엔진(ICE), 제1 모터(EM1) 및 제2 모터(EM2)는 모두 작동 상태에 있으며;
클러치(K0)는 결속되며;
변속기(AMT) 내에서, 제1 동기식 맞물림 장치(A1)는 상기 제1 동기식 맞물림 장치가 해당 기어 휠들(기어 휠(G1 및 G3))에서 맞물림 해제되고 상기 제2 동기식 맞물림 장치(A2)가 기어 휠(G4) 또는 기어 휠(G5)과 맞물림되는 중립 위치에 있다.
이러한 방식으로, 엔진(ICE)은 제1 모터(EM1)에 토크를 전달하여 제1 모터(EM1)가 배터리를 충전할 수 있도록 하며, 제2 모터(EM2)는 기어 휠(G8), 기어 휠(G7), 기어 휠(G6), 제2 입력 축(S2), 기어 휠(G3), 기어 휠(G4), 및 출력 축(S3)을 순차적으로, 또는 기어 휠(G8), 기어 휠(G7), 기어 휠(G6), 기어 휠(G5), 및 출력 축(S3)을 순차적으로 구동하기 위해 차동 장치(DM)에 토크를 전달한다.
표 1에 나타난 하이브리드 파워 시스템의 작동 모드를 기초로, 구동에 사용되는 토크를 출력해야 하는 경우, 하이브리드 파워 시스템은 다음과 같은 작동 방법을 사용할 수 있다:
하이브리드 파워 시스템의 배터리 충전 레벨이 소정의 제1 임계값 이상인 경우, 요청된 구동 전력은 배터리의 최대 배터리 출력 전력 미만이며, 하이브리드 파워 시스템은 순수 모터 구동 모드(제1 순수 모터 구동 모드 또는 제2 순수 모터 구동 모드)를 사용하며;
상기 배터리의 상기 충전 레벨이 상기 소정의 제1 임계값 미만이고 소정의 제2 임계값 이상인 경우, 상기 엔진의 열효율, 상기 모터 및 그에 따른 전력 전자 제어 평균 효율, 및 상기 배터리의 충/방전 효율에 기초하여 상기 순수 모터 구동 모드 및 상기 하이브리드 파워 구동 모드에서의 상기 전반적인 하이브리드 파워 시스템의 전체 시스템 효율이 각각 계산되고, 상기 순수 모터 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율과 상기 하이브리드 파워 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율을 비교하여 상기 하이브리드 파워 시스템은 전체 시스템 효율을 높이는 구동 모드를 채택하며;
상기 배터리의 상기 충전 레벨이 소정의 제2 임계값 미만인 경우, 상기 하이브리드 파워 시스템은 상기 직렬 모드를 사용한다.
전술한 소정의 제1 임계값 및 소정의 제2 임계값은 상이한 차량 유형, 배터리 성능 및 기타 파라미터에 따라 획득된 값일 수 있음을 유의해야 한다. 이러한 방식으로, 상기 소정의 제1 임계값 및 상기 소정의 제2 임계 값은 상이한 차량 및 배터리에 따라 신축적으로 설정될 수 있다.
상기 배터리의 상기 충전 레벨이 상기 소정의 제1 임계값 미만이고 상기 소정의 제2 임계값 이상인 경우, 전체 시스템 효율의 비교에 의거해 구동 모드 간 전환이 필요하며, 이때, 상기 전환은 소정의 시간을 지연시켜 수행된다. 이러한 방식으로, 하이브리드 파워 시스템은 서로 다른 구동 모드간의 전환이 빈번해지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 배터리의 상기 충전 레벨이 상기 소정의 제1 임계값 미만이고 상기 소정의 제2 임계값 이상인 경우, 최적의 구동 모드를 적시에 구현할 수 있도록 하이브리드 파워 시스템을 조정하기 위해서는, 상이한 구동 모드에 대응하는 전체 시스템 효율을 반복적으로 비교할 필요가 있다.
예컨대, 하이브리드 파워 시스템의 전체 시스템 효율은 상기 엔진의 열효율, 상기 모터 및 그에 따른 전력 전자 제어 평균 효율, 및 상기 배터리의 충/방전 효율에서 상이한 매개 변수들의 결과물에 따라 계산될 수 있다. 구체적으로, 순수 모터 구동 모드에서는, 모터 및 그에 따른 전력 전자 제어 평균 효율과 배터리의 충/방전 효율의 결과물을 이용하여 전체 시스템 효율을 계산할 수 있는 반면, 하이브리드 파워 구동 모드에서는 엔진의 열효율, 모터와 그에 따른 전력 전자 제어의 평균 효율, 및 배터리의 충/방전 효율의 결과물을 이용하여 전체 시스템 효율을 계산할 수 있다.
또한, 표 1에 나타난 하이브리드 파워 시스템의 작동 모드를 기초로, 구동에 사용되는 토크가 하이브리드 파워 시스템에 의해 출력될 필요가 없는 경우에는, 배터리 충전 상태가 과도하게 낮으면 유휴 충전 모드가 채택될 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 하이브리드 파워 시스템의 작동 방법을 상세히 설명하였다. 이하, 구동에 사용되는 토크가 하이브리드 파워 시스템에서 출력되어야 하는 경우에 사용되는 토크 분배 방법에 대해 설명한다.
(토크 분배 방법)
표 1에 나타난 하이브리드 파워 시스템의 순수 모터 구동 모드(제1 순수 모터 구동 모드 및 제2 순수 모터 구동 모드) 및 하이브리드 파워 구동 모드(제1 하이브리드 파워 구동 모드, 제2 하이브리드 파워 구동 모드 및 제3 하이브리드 파워 구동 모드)에 의하면, 하이브리드 파워 시스템은 구동에 사용되는 토크를 출력해야 하는 경우에 다음과 같은 토크 분배 방식을 사용할 수 있다.
하이브리드 파워 시스템이 순수 모터 구동 모드에 있을 때, 제1 순수 모터 구동 모드이든 제2 순수 모터 구동 모드이든, 제2 모터(EM2)의 입력/출력 축의 변속기(AMT)의 출력 축(S3)에 대한 변속비는 제1 모터(EM1)의 입력/출력 축의 변속기(AMT)의 출력 축(S3)에 대한 변속비보다 크다. 따라서, 제2 모터(EM2)의 회전 속도는 제1 모터(EM1)의 회전 속도보다 항상 빨라, 제2 모터(EM2)는 제1 모터(EM1)보다 고효율 작업 조건에서 더 적절하다. 이에 의거해, 제2 모터(EM2)에 의해 변속기(AMT)에 입력되는 토크는 요청된 토크에 따라 우선 설정되는데, 요청된 토크가 제2 모터(EM2)의 최대 정격 토크보다 큰 경우, 제1 모터(EM1)의 토크는 요청된 토크와 제2 모터(EM2)의 최대 정격 토크의 차이에 기초하여 설정된다.
하이브리드 파워 시스템이 하이브리드 파워 구동 모드에 있는 경우, 엔진의 열효율, 모터 및 그에 따른 동력 전자 제어의 평균 효율, 및 배터리의 충/방전 효율을 고려하면서, 엔진(ICE)의 토크 및 제1 모터(EM1)의 토크가 상기 요청된 토크에 따라 설정되는데, 상기 요청된 토크가 엔진(ICE)의 실제 엔진 토크와 제1 모터(EM1)의 실제 모터 토크의 합보다 큰 경우에는 제2 모터 EM2의 토크는 실제 엔진 토크 및 실제 모터 토크의 합과 상기 요청된 토크간의 차이에 따라 설정된다.
하이브리드 파워 시스템이 순수 모터 구동 모드에 있는 경우, 제1 모터(EM1)에 의해 변속기(AMT)에 입력되는 토크는 또한 다양한 요인들에 의해 제한된다는 점을 유의해야 한다. 즉, 제1 모터(EM1)에 의해 변속기(AMT)에 입력되는 토크는 변속기(AMT)의 제1 입력 축(S1)의 최대 허용 입력 토크 이하이고, 제1 모터(EM1)에 의해 변속기(AMT)에 입력되는 토크 또한 배터리의 최대 출력 전력을 기준으로 계산된 제1 모터(EM1)가 출력할 수 있는 토크의 값 이하이다.
또한, 하이브리드 파워 시스템이 하이브리드 파워 구동 모드에 있는 경우, 제1 모터(EM1)의 토크는 요청된 토크와 실제 엔진 토크의 차이를 기준으로 설정되며, 또한 실제 엔진 토크와 실제 모터 토크의 합이 변속기(AMT)의 제1 입력 축(S1)의 최대 허용 입력 토크 이하로 확보되어야 한다. 제2 모터(EM2)에 의해 변속기(AMT)에 입력되는 토크도 다양한 요인들에 의해 제한된다. 즉, 제2 모터(EM2)에 의해 변속기(AMT)에 입력되는 토크는 변속기(AMT)의 제2 입력 축(S2)의 최대 허용 입력 토크 이하이고, 제2 모터(EM2)에 의해 변속기(AMT)에 입력되는 토크는 배터리의 최대 출력 전력을 기준으로 계산된 제2 모터(EM2)가 출력할 수 있는 토크의 값 이하이어야 한다.
이상에서는 본 발명에 따른 하이브리드 파워 시스템의 토크 분배 방법을 상세히 설명하였다. 이하, 순수 모터 구동 모드 및 하이브리드 파워 구동 모드에서의 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 제어 방법에 대해 설명한다.
(기어 변속 제어 방법)
하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 제어 방법은, 도 2의 하이브리드 파워 시스템이 제1 순수 모터 구동 모드에서 제2 순수 모터 구동 모드로 전환되는 기어 변속 과정, 하이브리드 파워 시스템이 제1 하이브리드 파워 구동 모드에서 제2 하이브리드 파워 구동 모드로 전환되는 기어 변속 과정, 및 하이브리드 파워 시스템이 제2 하이브리드 파워 구동 모드에서 제3 하이브리드 파워로 전환되는 기어 변속 과정을 이하 예시로서 설명된다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 하이브리드 파워 시스템이 제1 순수 모터 구동 모드에서 제2 순수 모터 구동 모드로 전환되어 기어를 변속하는 경우, 본 발명에 따른 기어 변속 제어 방법은 발생 순서에 따른 하기의 3단계(P1 내지 P3)를 포함한다.
토크 전달은 제1 단계(P1)에서 수행되는데, 제2 모터(EM2)의 토크는 소정의 시간 내에 점진적으로 0 Nm으로 감소하도록 제어되고; 제1 모터(EM1)의 토크는 제1 모터(EM1)의 전력 및 배터리의 출력 전력과 같은 파라미터에 기초하여 점진적으로 최대 토크까지 증가하도록 제어된다. 이러한 방식으로, 하이브리드 파워 시스템에서의 구동을 위한 토크를 최대한 유지할 수 있다.
또한, 제1 단계(P1)에서, 제1 모터(EM1)의 속도와 제2 모터(EM2)의 속도는 모두 점진적으로 증가하도록 제어된다.
제2 모터(EM2)의 토크가 0 Nm으로 감소하고 제1 모터(EM1)의 토크가 최대 토크로 증가한 후에 제2 단계(P2)가 구현된다.
제2 단계(P2)에서, 우선, 제2 동기식 맞물림 장치(A2)가 기어 휠(G5)로부터 맞물림 해제되도록 제어된다. 이후, 제2 모터(EM2)를 제어하여 속도 제어 모드를 구현하고, 제2 모터(EM2)의 토크를 제어하여 음의 값으로 급격히 감소시켜 소정의 시간 동안 상기 음의 값으로 유지한 후에 0 Nm으로 신속하게 복귀시킴으로써, 제2 모터(EM2)의 속도가 점차 감소하여 기어 휠(G4)을 구동하여 속도를 조정한다. 이러한 방식으로, 속도를 조정하기 위해 제2 모터(EM2)를 제어함으로써 기어 휠(G4)의 속도를 제2 동기식 맞물림 장치(A2)의 속도와 일치시킨다. 또한, 기어 휠(G4)의 속도를 제2 동기식 맞물림 장치(A2)의 속도와 일치시킨 후, 기어 휠(G4)은 제2 동기식 맞물림 장치(A2)와 맞물림되도록 제어된다.
기어 휠(G4)이 제2 동기식 맞물림 장치(A2)와 맞물림 된 후에 제3 단계(P3)가 구현되는데, 토크 전달은 제3 단계(P3)에서 여전히 수행된다. 제2 모터(EM2)의 토크는 타겟 모터 토크까지 점진적으로 증가하도록 제어되고, 제1 모터(EM1)의 토크는 0 Nm까지 점진적으로 감소하도록 제어된다. 이러한 방식으로, 하이브리드 파워 시스템에서의 구동을 위한 토크를 최대한 유지할 수 있다.
제3 단계(P3)가 완료된 후, 하이브리드 파워 시스템은 전술한 토크 분배 방법에 따라 제1 모터(EM1)의 토크 및 제2 모터(EM2)의 토크를 제어할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 하이브리드 파워 시스템이 제1 하이브리드 파워 구동 모드에서 제2 하이브리드 파워 구동 모드로 전환되어 기어를 변속하는 경우, 본 발명에 따른 기어 변속 제어 방법은 발생 순서에 따른 하기의 5단계(P1 내지 P5)를 포함한다.
토크 전달은 제1 단계(P1)에서 수행되는데, 소정의 시간(예: 소정의 보정 시간) 내에서, 클러치(K0)가 결속되면, 클러치(K0)의 토크 용량, 엔진(ICE)의 토크, 및 제1 모터(EM1)의 토크는 모두 대응되는 소정의 값으로 점차적으로 감소하도록 제어되고, 제2 모터(EM2)의 토크는 제2 모터(EM2)의 출력 및 배터리의 출력 전력과 같은 파라미터에 기초하여 점차적으로 증가하도록 제어된다. 이러한 방식으로, 하이브리드 파워 시스템에서의 구동을 위한 토크를 최대한 유지할 수 있다.
또한, 제1 단계(P1)에서, 제1 모터(EM1)의 속도, 제2 모터(EM2)의 속도, 및 엔진(ICE)의 속도는 모두 점차적으로 증가하도록 제어된다.
클러치(K0)의 토크 용량과 엔진(ICE)의 토크가 소정의 값들로 감소된 후에 제2 단계(P2)가 구현된다.
제2 단계(P2)에서, 클러치(K0)가 우선 결속 해제되며, 클러치(K0)의 토크 용량과 엔진(ICE)의 토크가 각각의 음의 값으로 급속히 감소하여 상기 각각의 음의 값으로 유지되도록 추가적으로 제어됨으로써, 엔진(ICE)의 속도가 감소하여 변속기(AMT)의 제1 입력 축(S1)의 속도에 접근한다.
또한, 토크 전달은 제2 단계(P2)에서 진행되어, 제1 모터(EM1)의 토크가 점차적으로 0 Nm로 감소하고 제2 모터(EM2)의 토크가 최대 토크로 증가한다. 상기 단계에서, 제1 모터(EM1)의 속도 및 제2 모터(EM2)의 속도가 점차적으로 증가한다. 이러한 방식으로, 하이브리드 파워 시스템에서의 구동을 위한 토크를 최대한 유지할 수 있다.
제1 모터(EM1)의 토크가 0 Nm으로 감소한 후에 제3 단계(P3)가 구현된다.
제3 단계(P3)에서, 제1 동기식 맞물림 장치(A1)는 기어 휠(G3)로부터 맞물림 해제되도록 제어된다. 이후, 제1 모터(EM1)를 제어하여 속도 제어 모드를 구현하고, 제1 모터(EM1)의 토크를 제어하여 음의 값으로 급격히 감소시켜 소정의 시간 동안 상기 음의 값으로 유지한 후에 0 Nm으로 복귀시킴으로써, 제1 모터(EM1)의 속도가 점차 감소하여 제1 동기식 맞물림 장치(A1)를 구동하여 속도를 조정한다. 이러한 방식으로, 속도를 조정하기 위해 제1 모터(EM1)를 제어함으로써 제1 동기식 맞물림 장치(A1)의 속도를 기어 휠(G1)의 속도와 일치시킨다. 또한, 제1 동기식 맞물림 장치(A1)의 속도를 기어 휠(G1)의 속도와 일치시킨 후, 제1 동기식 맞물림 장치(A1)는 기어 휠(G1)과 맞물림되도록 제어된다.
제3 단계(P3)에서, 제2 모터(EM2)의 토크가 최대 토크로 유지되고 제2 모터(EM2)의 속도는 점차적으로 증가한다. 엔진(ICE)의 토크 및 클러치(K0)의 토크 용량은 각각 제2 단계(P2)의 값에서 변하지 않고 유지되어, 엔진(ICE)의 속도가 점차 감소하여 변속기(AMT)의 제1 입력 축(S1)의 속도에 더 접근한다.
제1 동기식 맞물림 장치(A1)가 기어 휠(G1)과 맞물림 된 후에 제4 단계(P4)가 구현된다.
토크 전달은 제4 단계(P4)에서 다시 수행되며, 제1 모터(EM1)의 토크가 타겟 모터 토크까지 점진적으로 증가한 후에는 변경 없이 유지되고, 제2 모터(EM2)의 토크가 0 Nm까지 점차적으로 감소한다. 엔진(ICE)의 토크 및 클러치(K0)의 토크 용량이 모두 증가하며, 이 단계에서 클러치(K0)의 토크 용량이 엔진(ICE)의 토크를 계속하여 초과하도록 유지됨으로써, 엔진(ICE)의 토크 및 클러치(K0)의 토크 용량은 모두 타겟 엔진 토크와 동일한 값까지 증가한다.
이 단계에서, 제1 모터(EM1)의 속도 및 제2 모터(EM2)의 속도는 모두 점진적으로 증가하고, 엔진(ICE)의 속도는 점차적으로 변속기(AMT)의 제1 입력 축(S1)의 속도에 더 접근한다.
엔진(ICE)의 토크 및 클러치(K0)의 토크 용량이 모두 타겟 엔진 토크와 동일한 값으로 증가된 후에 제5 단계(P5)가 구현된다.
제5 단계(P5)에서, 엔진(ICE)의 속도는 변속기(AMT)의 제1 입력 축(S1)의 속도에 점차적으로 더 접근하여 결국 속도가 일치한다. 이때, 클러치(K0)가 결속되고 클러치(K0)의 토크 용량이 증가함으로써, 클러치(K0)의 토크 용량이 엔진(ICE)의 타겟 엔진 토크를 초과한다.
제3 단계(P5)가 완료된 후, 하이브리드 파워 시스템은 전술한 토크 분배 방법에 따라 제1 모터(EM1)의 토크, 제2 모터(EM2)의 토크, 및 엔진(ICE)의 토크를 제어할 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 하이브리드 파워 시스템이 제2 하이브리드 파워 구동 모드에서 제3 하이브리드 파워 구동 모드로 전환되어 기어를 변속하는 경우, 본 발명에 따른 기어 변속 제어 방법은 발생 순서에 따른 하기의 7단계(P1 내지 P7)를 포함한다.
토크 전달은 제1 단계(P1)에서 수행되는데, 소정 시간 내에서, 제2 모터(EM2)의 토크는 0 Nm로 점진적으로 감소하도록 제어되고, 엔진(ICE)의 토크 및 클러치(K0)의 토크 용량은 점진적으로 증가하도록 제어되고, 제1 모터(EM1)의 토크는 변경되지 않도록 제어된다. 이러한 방식으로, 하이브리드 파워 시스템에서의 구동을 위한 토크를 최대한 유지할 수 있다.
또한, 제1 단계(P1)에서, 제1 모터(EM1)의 속도, 제2 모터(EM2)의 속도, 및 엔진(ICE)의 속도는 모두 점차적으로 증가하도록 제어된다.
제2 모터(EM2)의 토크가 0 Nm로 감소한 후에 제2 단계(P2)가 구현된다.
제2 단계(P2)에서, 제2 동기식 맞물림 장치(A2)가 기어 휠(G5)로부터 맞물림 해제되도록 제어된다. 이후, 제2 모터(EM2)를 제어하여 속도 제어 모드를 구현하고, 제2 모터(EM2)의 토크를 제어하여 음의 값으로 급격히 감소시켜 소정의 시간 동안 상기 음의 값으로 유지한 후에 0 Nm으로 신속하게 복귀시킴으로써, 제2 모터(EM2)의 속도가 점차 감소하여 기어 휠(G4)을 구동하여 속도를 조정한다. 이러한 방식으로, 속도를 조정하기 위해 제2 모터(EM2)를 제어함으로써 기어 휠(G4)의 속도를 제2 동기식 맞물림 장치(A2)의 속도와 일치시킨다. 또한, 기어 휠(G4)의 속도를 제2 동기식 맞물림 장치(A2)의 속도와 일치시킨 후, 기어 휠(G4)은 제2 동기식 맞물림 장치(A2)와 맞물림되도록 제어된다.
이 단계에서, 제1 모터(EM1)의 토크, 엔진(ICE)의 토크, 및 클러치(K0)의 토크 용량은 제1 단계(P1)의 말단에서 각각의 값들과 동일하고 변경 없이 유지되며, 제1 모터(EM1)의 속도 및 엔진(ICE)의 속도는 모두 점진적으로 증가한다.
또한, 이후 제3 단계(P3) 내지 제7 단계(P7)에서의 파라미터들의 변화 과정은 도 3b에 도시된 제1 단계(P1) 내지 제5 단계(P5)에서의 파라미터들의 변화 과정과 실질적으로 동일하다. 제1 동기식 맞물림 장치(A1)가 기어 휠(G1)로부터 맞물림 해제되고 제1 동기식 맞물림 장치가 기어 휠(G3)과의 맞물림 하는 것은 제3 단계(P3) 내지 제7 단계(P7)에서 구현된다. 따라서, 제3 단계(P3) 내지 7 단계(P7)의 구체적인 과정은 본 명세서에는 설명하지 않는다.
결론적으로, 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 제어 방식에서는 토크 차단 현상이 발생할 수 없다. 일반적으로, 하이브리드 파워 시스템이 순수 모터 구동 모드에서 기어를 변속할 때, 토크 보상이 제1 모터(EM1) 상에서 수행되고; 일반적으로, 하이브리드 파워 시스템이 순수 모터 구동 모드에서 기어를 변속할 때, 토크 보상이 제1 모터(EM1) 상에서 수행되며; 하이브리드 파워 시스템이 하이브리드 파워 구동 모드에서 기어를 변속 할 때, 토크 보상은 제2 동기 맞물림 장치(A2)가 해당 기어 휠들로부터 맞물림 해제되는 경우 엔진(ICE) 및/또는 제1 모터(EM1) 상에서 수행되며; 토크 보상은 제1 동기 맞물림 장치(A1)가 해당 기어 휠들로부터 맞물림 해제되는 경우 제2 모터(EM2) 상에서 수행된다.
또한, 하이브리드 파워 시스템이 기어를 변속할 때, 기어 변속 제어 방법은, 해당 기어 휠들로부터 변속기(AMT)의 동기식 맞물림 장치들(A1 및 A2)을 맞물림 해제하기 전에, 토크 전달 과정을 포함한다.
하이브리드 파워 시스템이 순수 모터 구동 모드에서 기어를 변속하는 경우, 토크 전달 과정 중에, 토크 전달이 제2 모터(EM2)와 제1 모터(EM1)간에 수행됨으로써, 토크 보상이 제1 모터 상에서 수행될 수 있다.
하이브리드 파워 시스템이 하이브리드 파워 구동 모드에서 기어를 변속하는 경우, 토크 전달 과정 중에, 제2 동기식 맞물림 장치(A2)에 의해 기어 변속이 수행되면, 토크 전달은 제2 모터(EM2)와 엔진(ICE) 및/또는 제1 모터(EM1) 사이에서 수행됨으로써, 토크 보상이 엔진(ICE) 및/또는 제1 모터(EM1) 상에서 수행될 수 있으며; 제1 동기식 맞물림 장치(A1)에 의해 기어 변속이 수행되면, 토크 전달이 제2 모터(EM2)와 엔진(ICE)과 제1 모터(EM1) 사이에서 수행됨으로써, 토크 보상이 제2 모터(EM2) 상에서 수행될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들을 상세하게 설명하였지만, 다음 사항도 유의하여야 한다:
1. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 점진적으로 증가하거나 점진적으로 감소한다는 것은 파라미터가 연속적으로 그리고 실질적으로 선형적으로 변경하는 것을 의미하며; 급속히 증가하거나 급속히 감소한다는 것은 매개 변수의 변화 기울기가 90도에 가깝다는 것을 의미한다.
2. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 속도 일치는 속도가 거의 동일한 것을 의미하지만 반드시 동일한 것은 아니다. 또한, 달리 표시되지 않는 한, 본 명세서에 기재된 "속도"는 회전 속도를 가리킨다. 예컨대, 엔진 속도는 엔진 회전 속도를 가리키고 모터 속도는 모터 회전 속도를 가리킨다.
ICE: 엔진
EM: 모터
EM1: 제1 모터
EM2: 제2 모터
K0: 클러치
AMT: 변속기
S1: 제1 입력 축
S2: 제2 입력 축
S3: 출력 축
G1 내지 G8: 기어 휠
A1: 제1 동기식 맞물림 장치
A2: 제2 동기식 맞물림 장치
DM: 차동 장치
TI: 바퀴

Claims (19)

  1. 하이브리드 파워 시스템으로서,
    제1 입력 축, 제2 입력 축, 출력 축, 복수의 동기식 맞물림 장치 및 복수의 기어휠을 포함하고, 상기 제2 입력 축은 상기 제1 입력 축을 둘러싸고, 상기 제2 입력 축과 상기 제1 입력 축은 독립적으로 회전 가능하며, 상기 출력 축은 상기 제1 입력 축 및 상기 제2 입력 축과 간격을 두고 평행하게 배치되고, 상기 출력 축에 배치된 상기 기어 휠은 상기 제1 입력 축 및 상기 제2 입력 축에 배치된 기어 휠과 각각 지속적으로 맞물림으로써, 상기 축들은 상기 복수의 동기식 맞물림 장치 및 상기 복수의 기어 휠을 통해 선택적으로 변속 연결될 수 있는, 변속기;
    입력/출력 축이 상기 변속기의 상기 제1 입력 축과 변속 연결되어 있는 제1 모터;
    입력/출력 축이 상기 변속기의 상기 제2 입력 축과 변속 연결되어 있는 제2 모터;
    엔진 및 클러치로서, 상기 엔진은 클러치를 통해 상기 제1 모터의 상기 입력/출력 축과 변속 연결되는 엔진 및 클러치; 및
    상기 제1 모터 및 상기 제2 모터와 전기적으로 연결된 배터리를 포함하는, 하이브리드 파워 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모터의 입력/출력 축은 상기 제1 입력 축과 직접 및 동축적으로 연결되고,
    상기 제2 모터의 입력/출력 축은 기어 휠 변속 장치를 통해 상기 제2 입력 축과 변속 연결된, 하이브리드 파워 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 동기식 맞물림 장치는 제1 동기식 맞물림 장치 및 제2 동기식 맞물림 장치를 포함하며, 상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제1 입력 축 상에 배치되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 출력 축 상에 배치되며;
    상기 제1 동기식 맞물림 장치에 대응하는 제1 기어 휠이 상기 제1 입력 축 상에 배치되고, 상기 제1 기어 휠은 상기 출력 축에 고정된 제2 기어 휠과 지속적으로 맞물리며, 상기 제1 동기식 맞물림 장치에 대응하는 제3 기어 휠이 상기 제2 입력 축에 고정되고, 상기 제3 기어 휠은 상기 출력 축 상에 배치된 제4 기어 휠과 지속적으로 맞물리며;
    상기 제4 기어 휠은 상기 제2 동기식 맞물림 장치에 대응하고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치에 대응하는 제5 기어 휠이 상기 출력 축 상에 배치되며, 상기 제5 기어 휠은 상기 제2 입력 축에 고정된 제6 기어 휠과 지속적으로 맞물리는, 하이브리드 파워 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 모터의 상기 입력/출력 축에 고정된 제8 기어 휠은 중간 기어 휠로 작용하는 제7 기어 휠과 지속적으로 맞물리고, 상기 제7 기어 휠은 상기 제3 기어 휠 또는 상기 제6 기어 휠과 지속적으로 맞물리며, 상기 제7 기어 휠과 상기 제8 기어 휠은 기어 휠 변속 장치를 구성하는, 하이브리드 파워 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 순수 모터 구동 모드를 구현할 수 있도록 상기 하이브리드 파워 시스템을 제어할 수 있는 제어 모듈로서,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 순수 모터 구동 모드인 경우에는, 상기 엔진은 정지된 상태이고, 상기 제2 모터는 작동 상태이면서 상기 제1 모터는 정지 상태에 있거나, 상기 제1 모터와 상기 제2 모터가 모두 작동 상태에 있으며, 상기 클러치는 결속 해제되고, 상기 변속기의 상기 동기식 맞물림 장치는 해당 기어 휠과 맞물림됨으로써, 상기 제2 모터가 구동을 위해 상기 변속기에 토크를 전달하거나, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터는 모두가 구동을 위해 상기 변속기에 토크를 전달하는 제어 모듈을 추가로 포함하는, 하이브리드 파워 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 순수 모터 구동 모드인 경우에는,
    상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제1 기어 휠과 맞물림되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 제5 기어 휠과 맞물림되거나;
    상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제1 기어 휠과 맞물림되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 제4 기어 휠과 맞물림되는, 하이브리드 파워 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 따른 하이브리드 파워 시스템의 토크 분배 방법으로서,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 순수 모터 구동 모드인 경우에는, 상기 제2 모터의 상기 입력/출력 축으로부터 상기 변속기의 상기 출력 축으로의 변속비가 상기 제1 모터의 상기 입력/출력 축으로부터 상기 변속기의 상기 출력 축으로의 변속비 보다 큰, 하이브리드 파워 시스템의 토크 분배 방법.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하이브리드 파워 시스템은 상기 하이브리드 파워 구동 모드를 구현하기 위해 상기 하이브리드 파워 시스템의 상기 제어 모듈에 의해 제어될 수 있으며,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 하이브리드 파워 구동 모드인 경우에는, 상기 엔진은 작동 상태이고, 상기 제1 모터는 작동 상태이면서 상기 제2 모터는 정지 상태에 있거나, 상기 제1 모터와 상기 제2 모터가 모두 작동 상태에 있으며, 상기 클러치는 결속되고, 상기 변속기의 상기 동기식 맞물림 장치는 해당 기어 휠과 맞물림됨으로써, 상기 엔진 및 상기 제1 모터가 구동을 위해 상기 변속기에 토크를 전달하거나, 상기 엔진, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터가 구동을 위해 상기 변속기에 토크를 전달하는, 하이브리드 파워 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 하이브리드 파워 구동 모드인 경우에는,
    상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제3 기어 휠과 맞물림되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 제5 기어 휠과 맞물림되며;
    상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제1 기어 휠과 맞물림되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 제5 기어 휠과 맞물림되거나;
    상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제3 기어 휠과 맞물림되고, 상기 제2 동기식 맞물림 장치는 상기 제4 기어 휠과 맞물림되는, 하이브리드 파워 시스템.
  10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하이브리드 파워 시스템은 직렬 모드를 구현하기 위해 상기 하이브리드 파워 시스템의 상기 제어 모듈에 의해 제어될 수 있으며,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 직렬 모드인 경우에는, 상기 엔진, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터가 모두 상기 작동 상태에 있으며, 상기 클러치는 결속되고, 상기 제1 동기식 맞물림 장치는 상기 제1 동기식 맞물림 장치가 해당 기어 휠들로부터 맞물림 해제되고 상기 제2 동기식 맞물림 장치가 상기 제4 기어 휠 또는 상기 제5 기어 휠과 맞물림되는 중립 위치에 있음으로써, 상기 엔진은 상기 제1 모터에 토크를 전달하여 상기 제1 모터가 상기 배터리를 충전할 수 있도록 하고, 상기 제2 모터는 구동을 위해 상기 변속기에 토크를 전달하는, 하이브리드 파워 시스템.
  11. 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하이브리드 파워 시스템은 유휴 충전 모드를 구현하기 위해 상기 하이브리드 파워 시스템의 상기 제어 모듈에 의해 제어될 수 있으며,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 유휴 충전 모드인 경우에는, 상기 엔진은 작동 상태이고, 상기 제1 모터는 작동 상태이면서 상기 제2 모터는 상기 정지 상태에 있으며, 상기 클러치는 결속되고, 상기 변속기의 상기 동기식 맞물림 장치들은 모두 상기 중립 위치에 있음으로써, 상기 엔진은 상기 제1 모터에 토크를 전달하여 상기 제1 모터가 상기 배터리를 충전할 수 있도록 하는, 하이브리드 파워 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 파워 시스템의 작동 방법으로서,
    상기 하이브리드 파워 시스템의 배터리의 충전 레벨이 소정의 제1 임계값 이상이고 요청된 구동력이 상기 배터리의 최대 배터리 출력 미만인 경우, 상기 하이브리드 파워 시스템은 상기 순수 모터 구동 모드를 사용하는 단계;
    상기 배터리의 상기 충전 레벨이 상기 소정의 제1 임계값 미만이고 소정의 제2 임계값 이상인 경우, 상기 순수 모터 구동 모드 및 상기 하이브리드 파워 구동 모드에서 상기 하이브리드 파워 시스템의 전체 시스템 효율은 상기 엔진의 열효율, 상기 모터 및 그에 따른 전력 전자 제어 평균 효율, 및 상기 배터리의 충/방전 효율에 기초하여 각각 계산되고, 상기 순수 모터 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율과 상기 하이브리드 파워 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율을 비교하며, 상기 하이브리드 파워 시스템은 전체 시스템 효율을 높이는 구동 모드를 사용하는 단계; 및
    상기 배터리의 상기 충전 레벨이 소정의 제2 임계값 미만인 경우, 상기 하이브리드 파워 시스템은 상기 직렬 모드를 사용하는 단계를 포함하는, 하이브리드 파워 시스템의 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리의 상기 충전 레벨이 상기 소정의 제1 임계값 미만이고 상기 소정의 제2 임계값 이상인 경우, 상기 순수 모터 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율과 상기 하이브리드 파워 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율을 반복적으로 비교하여, 상기 전체 시스템 효율의 상기 비교를 기초로 상기 순수 모터 구동 모드와 상기 하이브리드 파워 구동 모드 사이의 전환이 필요하면, 소정의 시간이 지연되어 상기 전환이 수행되는, 하이브리드 파워 시스템의 작동 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 순수 모터 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율과 상기 하이브리드 파워 구동 모드에 해당하는 상기 전체 시스템 효율은 상기 엔진의 열효율, 상기 모터 및 그에 따른 전력 전자 제어 평균 효율, 및 상기 배터리의 충/방전 효율에서 상이한 매개 변수들의 결과물에 따라 계산되는, 하이브리드 파워 시스템의 작동 방법.
  15. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 파워 시스템의 토크 분배 방법으로서,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 순수 모터 구동 모드인 경우에는, 상기 제2 모터의 토크는 요청된 토크에 따라 설정되고, 상기 요청된 토크가 상기 제2 모터의 최대 정격 토크를 초과하면, 상기 제1 모터의 토크는 상기 요청된 토크와 상기 제2 모터의 상기 최대 정격 토크 사이의 차이에 기초하여 설정되는 단계; 및
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 하이브리드 파워 구동 모드인 경우에는, 상기 요청된 토크에 따라 엔진의 토크와 상기 제1 모터의 상기 토크가 설정되고, 상기 요청된 토크가 상기 엔진의 상기 토크와 상기 제1 모터의 상기 토크의 합을 초과하면, 상기 제2 모터의 상기 토크는 상기 요청된 토크 및 상기 엔진의 상기 토크와 상기 제1 모터의 상기 토크의 상기 합 사이의 차이에 따라 설정되는 단계를 포함하는, 하이브리드 파워 시스템의 토크 분배 방법.
  16. 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 제어 방법으로서,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 순수 모터 구동 모드에서 기어들을 변속할 때 상기 제1 모터 상에 토크 보상이 수행되고;
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 하이브리드 파워 구동 모드에서 기어들을 변속하면, 상기 제2 동기식 맞물림 장치가 상기 해당 기어 휠로부터 맞물림 해제되는 경우에 상기 토크 보상은 상기 엔진 및/또는 상기 제1 모터 상에 수행되고, 상기 제1 동기식 맞물림 장치가 상기 해당 기어 휠로부터 맞물림 해제되는 경우에 상기 제2 모터 상에 상기 토크 보상이 수행되는, 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 변속기의 상기 동기식 맞물림 장치가 상기 해당 기어 휠로부터 맞물림 해제되기 전에 상기 하이브리드 파워 시스템이 기어들을 변속할 때, 상기 기어 변속 제어 방법에 의해 토크 전달이 수행되어 상기 토크 보상을 달성하는, 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 토크 전달 과정 중에 상기 순수 모터 구동 모드에서 기어들을 변속할 때, 상기 제2 모터의 상기 토크는 감소하고 상기 제1 모터의 상기 토크는 증가함으로써, 상기 토크 보상이 상기 제1 모터 상에 수행될 수 있는, 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 제어 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 하이브리드 파워 시스템이 상기 토크 전달 과정 중에 상기 하이브리드 파워 구동 모드에서 기어들을 변속할 때,
    상기 기어 변속이 상기 제2 동기식 맞물림 장치에 의해 수행되면, 상기 제2 모터의 상기 토크는 감소하고 상기 엔진 및/또는 상기 제1 모터의 상기 토크가 증가함으로써, 상기 토크 보상은 상기 엔진 및/또는 상기 제1 모터 상에 수행될 수 있으며;
    상기 기어 변속이 상기 제1 동기식 맞물림 장치에 의해 수행되면, 상기 엔진의 상기 토크와 상기 제1 모터의 상기 토크가 모두 감소하고 상기 제2 모터의 상기 토크가 증가함으로써, 상기 토크 보상이 상기 제2 모터 상에 수행될 수 있는, 상기 하이브리드 파워 시스템의 기어 변속 제어 방법.
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