KR20230017104A - 차량용 선택가능 디퍼렌셜 드라이브 - Google Patents

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KR20230017104A
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output gear
differential
motor
half shaft
drive
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KR1020220011205A
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메이슨 베르브리지
카메론 피. 윌리엄스
크화자 라먼
헨리 황
빈에이 칼야나라만
Original Assignee
리비안 아이피 홀딩스, 엘엘씨
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Abstract

구동 시스템은 디퍼렌셜 조립체에 의해 결합되는 제1 구동 트레인 및 제2 구동 트레인을 포함한다. 각각의 구동 트레인은 모터, 출력 기어, 및 출력 기어를 각각의 하프샤프트와 맞물리게 하고 그로부터 맞물림해제시키는 클러치 조립체를 포함한다. 디퍼렌셜 조립체는 제1 하프샤프트와 제2 하프샤프트를 결합시키도록, 그리고 제1 출력 기어와 제1 하프샤프트를 연결/연결해제시키도록 구성된다. 디퍼렌셜 조립체는, 예를 들어, 사이드 기어, 스파이더 기어세트, 및 디퍼렌셜 케이싱을 제1 출력 기어와 맞물리게 하고 그로부터 맞물림해제시키기 위한 액추에이터를 포함한다. 제어 시스템은 각각의 구동 축에 대한 하나 이상의 구동 모드를 달성하기 위해 클러치 조립체 및/또는 디퍼렌셜 조립체의 액추에이터를 작동시키도록 구성된다. 제어 시스템은 제1 구동 모드를 결정하고, 클러치 조립체 및 디퍼렌셜 조립체를 제어하며, 하나 이상의 모터를 제어한다. 구동 모드는, 예를 들어, 토크 벡터링, 완전 로킹, 단일 모터, 및 중립을 포함한다.

Description

차량용 선택가능 디퍼렌셜 드라이브{SELECTABLE DIFFERENTIAL DRIVE FOR A VEHICLE}
2개의 전기 모터 및 2개의 차축 출력부를 사용하는 차량은, 전형적으로, 2개의 모터를 동일한 회전축 상에 정렬시킨다. 2개의 모터의 로터(rotor) 샤프트는, 예를 들어, 2개의 모터들 사이에 위치되는 각각의 기어박스로 각각 들어갈 수 있다. 이는 구성요소들의 적층을 초래하며, 이는 전체 조립체를 넓게 그리고 그에 따라 소정 응용에서 패키징하기 어렵게 만든다. 이는, 예를 들어, 사용될 수 있는 모터의 길이를 제한할 수 있으며, 이는, 결과적으로, 모터가 제공할 수 있는 토크 및 동력의 양을 제한한다. 따라서, 패키징을 위해 더 편리하게 형상화되는 구동 유닛 구성을 제공하는 것이 유리할 것이다. 또한, 더 다양한 모터 및 그에 수반되는 구성요소가 사용될 수 있게 하는 구동 유닛을 제공하는 것이 유리할 것이다.
모터 및 연관된 기어박스는, 전형적으로, 특정 응용을 위해 설계된다. 예를 들어, 기어박스는, 전형적으로, 단일 모터 구동 유닛 또는 이중 모터 구동 유닛에 사용되도록 설계되지만, 둘 모두에 사용되도록 설계되지는 않는다. 다른 예로서, 기어박스는, 전형적으로, 특정 방향으로 사용되도록 그리고 설정된 수의 휠을 구동하기 위해 설계된다. 따라서, 하나 초과의 주행 모드에서, 하나 초과의 응용에 사용될 수 있는 구동 유닛을 제공하는 것이 유리할 것이다. 또한, 변화하는 주행 조건에 적응하도록 독립적이거나 결합될 수 있는 구동 유닛을 제공하는 것이 유리할 것이다.
일부 실시예에서, 본 발명은, 중심 연결해제 디퍼렌셜(center disconnecting differential) 및 2개의 출력 기어를 갖는 구동 시스템에 관한 것이다. 제1 출력 기어는 제1 모터에 기초하여 회전하도록 구성되고, 제1 하프샤프트(halfshaft)가 제1 출력 기어에 기초하여 회전하도록 구성된다. 제2 출력 기어는 제2 모터에 기초하여 회전하도록 구성되고, 제2 하프샤프트가 제2 출력 기어에 기초하여 회전하도록 구성된다. 중심 연결해제 디퍼렌셜은 제1 하프샤프트와 제2 하프샤프트를 결합시키고, 제1 출력 기어를 제1 하프샤프트에 연결하고 그로부터 연결해제시키도록 구성된다. 예시하기 위해, 연결해제될 때 중립 모드가 달성될 수 있고, 연결될 때 하이퍼-마일(hyper-mile)(예컨대, 단일 모터) 모드가 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은, 제1 출력 기어와 디퍼렌셜 케이싱을 맞물리게 하고 맞물림해제시키도록 구성되는 제1 액추에이터를 포함한다.
일부 실시예에서, 중심 연결해제 디퍼렌셜은 제1 출력 기어를 중심 연결해제 디퍼렌셜의 케이싱에 연결하도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 하이퍼-마일 모드에서, 제1 하프샤프트 및 제2 하프샤프트는 제2 출력 기어가 제2 하프샤프트로부터 연결해제되는 동안 제1 출력 기어에 기초하여 회전하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 중심 연결해제 디퍼렌셜은 제1 출력 기어를 중심 연결해제 디퍼렌셜의 케이싱에 연결하도록, 그리고 제2 출력 기어를 제2 하프샤프트에 대한 제2 사이드 기어에 연결하도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 전이 모드에서, 제1 하프샤프트 및 제2 하프샤프트는 제2 출력 기어를 제2 사이드 기어에 연결하는 것에 기초하여 회전하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 중심 연결해제 디퍼렌셜은 제1 출력 기어를 중심 연결해제 디퍼렌셜의 케이싱 및 제1 하프샤프트에 대한 제1 사이드 기어에 연결하도록, 그리고 제2 출력 기어를 제2 하프샤프트에 대한 제2 사이드 기어에 연결하도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 로킹 모드(locked mode)에서, 제1 출력 기어 및 제2 출력 기어는 제1 하프샤프트 및 제2 하프샤프트 중 하나 이상에 대한 토크의 증가를 발생시킨다.
일부 실시예에서, 중심 연결해제 디퍼렌셜은 제1 출력 기어를 중심 연결해제 디퍼렌셜의 케이싱으로부터 맞물림해제시키도록, 제1 출력 기어를 제1 하프샤프트에 연결하도록, 그리고 제2 출력 기어를 제2 하프샤프트에 대한 제2 사이드 기어에 연결하도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 토크 벡터링 모드(torque vectoring mode)에서, 제1 출력 기어 및 제2 출력 기어는 각각의 제1 하프샤프트 및 제2 하프샤프트에 대한 독립적인 토크를 생성한다.
일부 실시예에서, 시스템은, 제1 출력 기어로부터 제1 하프샤프트로 토크를 전달함으로써 제1 출력 기어를 제1 하프샤프트에 연결하도록 구성되는 제1 클러치 조립체, 및 제2 출력 기어로부터 제2 하프샤프트로 토크를 전달함으로써 제2 출력 기어를 제2 하프샤프트에 연결하도록 구성되는 제2 클러치 조립체를 포함한다.
일부 실시예에서, 시스템은 고정 하우징, 제1 출력 기어와 고정 하우징 사이에 배열되는 제1 베어링, 제2 출력 기어와 고정 하우징 사이에 배열되는 제2 베어링, 및 제1 출력 기어와 제2 출력 기어 사이에 배열되는 제3 베어링을 포함한다.
일부 실시예에서, 본 발명은, 2개의 출력 기어, 2개의 클러치 조립체, 및 중심 연결해제 디퍼렌셜을 포함하는 차량의 구동 시스템에 관한 것이다. 제1 출력 기어는 제1 모터에 의해 구동되고, 제2 출력 기어는 제2 모터에 의해 구동된다. 제1 클러치 조립체는, 제1 출력 기어를 제1 휠에 결합된 제1 하프샤프트에 결합시키고 그로부터 결합해제시키도록 구성된다. 제2 클러치 조립체는, 제2 출력 기어를 제2 휠에 결합된 제2 하프샤프트에 결합시키고 그로부터 결합해제시키도록 구성된다. 중심 연결해제 디퍼렌셜은 제1 출력 기어를 제1 출력 샤프트 및 제2 하프샤프트에 결합시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제1 모터 및 제2 모터는 독립적으로 제어되도록 구성된다.
일부 실시예에서, 구동 시스템은 제어 회로부를 포함한다. 일부 그러한 실시예에서, 제1 클러치 조립체는 제어 회로부에 결합되는 제1 액추에이터를 포함하고, 제2 클러치 조립체는 제어 회로부에 결합되는 제2 액추에이터를 포함하며, 구동 시스템은, 제어 회로부에 결합되고, 제1 출력 기어와 디퍼렌셜 케이싱을 맞물리게 하고 맞물림해제시키도록 구성되는 제3 액추에이터를 포함한다. 예시하기 위해, 제어 회로부는 제1 액추에이터, 제2 액추에이터 및 제3 액추에이터 각각을 작동 및 작동해제시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제어 회로부는, 제1 클러치 조립체가 맞물리고, 제2 클러치 조립체가 맞물리며, 중심 연결해제 디퍼렌셜이 맞물림해제되는 제1 구동 모드를 달성하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제어 회로부는, 제1 클러치 조립체가 맞물리고, 제2 클러치 조립체가 맞물리며, 중심 연결해제 디퍼렌셜이 맞물리는 제2 구동 모드를 달성하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제어 회로부는, 제1 클러치 조립체가 맞물림해제되고, 제2 클러치 조립체가 맞물림해제되며, 중심 연결해제 디퍼렌셜이 맞물리는 제3 구동 모드를 달성하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 중심 연결해제 디퍼렌셜은 디퍼렌셜 케이싱에 결합되는 스파이더 기어세트(spider gearset), 제1 하프샤프트에 결합되고 스파이더 기어세트와 맞물리는 제1 사이드 기어, 및 제2 하프샤프트에 결합되고 스파이더 기어세트와 맞물리는 제2 사이드 기어를 포함한다. 일부 그러한 실시예에서, 중심 연결해제 디퍼렌셜은 제1 사이드 기어와 제1 출력 기어 사이에 배열되는 제1 스러스트 와셔(thrust washer), 및 제2 사이드 기어와 하우징의 고정 섹션 사이에 배열되는 제2 스러스트 와셔를 포함한다.
일부 실시예에서, 구동 시스템은 제1 동력 전달 메커니즘을 포함하며, 이는 제1 모터 샤프트의 회전을 제1 출력 샤프트의 회전에 결합시키도록, 그리고 제1 모터 샤프트의 회전 속도에 대한 제1 출력 샤프트의 회전 속도를 감소시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제2 동력 전달 메커니즘이 제2 모터 샤프트의 회전을 제2 출력 샤프트의 회전에 결합시키도록, 그리고 제2 모터 샤프트의 회전 속도에 대한 제2 출력 샤프트의 회전 속도를 감소시키도록 구성된다. 동력 전달 메커니즘은 각각의 모터 기어와 출력 기어 사이의 감속을 제공하는 중간 기어를 포함할 수 있다. 예시적인 예에서, 동력 전달 메커니즘은 모터 기어, 출력 기어, 및 임의의 선택적인 중간 기어를 포함할 수 있고, 모터 샤프트와 출력 샤프트 사이의 회전 속도를 감소시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명은 구동 축의 구동 모드를 관리하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 구동 축의 제1 하프샤프트와 제1 출력 기어를 결합시키는 제1 클러치를 제어하는 단계, 구동 축의 제2 하프샤프트와 제2 출력 기어를 결합시키는 제2 클러치를 제어하는 단계, 제1 출력 기어를 제1 하프샤프트 및 제2 하프샤프트에 결합시키도록 구성되는 디퍼렌셜을 제어하는 단계, 및 제1 출력 기어에 결합된 제1 모터 또는 제2 출력 기어에 결합된 제2 모터 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 하프샤프트 및 제2 하프샤프트는 사이드 기어, 스파이더 기어, 및 디퍼렌셜 케이싱을 통해 서로 결합되고, 디퍼렌셜 액추에이터가 케이싱을 제1 출력 기어와 연결 또는 연결해제시키도록 제어된다.
일부 실시예에서, 본 방법은 구동 축에서 토크 벡터링 모드를 달성하는 것으로 결정하는 단계를 포함한다. 토크 벡터링 모드는, 구동 축의 제1 하프샤프트와 제1 출력 기어를 결합시키는 제1 클러치를 맞물리게 함으로써, 구동 축의 제2 하프샤프트와 제2 출력 기어를 결합시키는 제2 클러치를 맞물리게 함으로써, 제1 하프샤프트와 상기 제2 하프샤프트를 결합 및 결합해제시키도록 구성되는 디퍼렌셜을 맞물림해제되게 함으로써, 그리고 제1 모터의 회전 및 제2 모터의 회전을 독립적으로 제어함으로써 달성된다.
일부 실시예에서, 본 방법은 구동 축에서 완전 로킹 구동 모드(fully locked drive mode)를 달성하는 것으로 결정하는 단계를 포함한다. 완전 로킹 구동 모드는, 제1 클러치를 맞물리게 함으로써, 제2 클러치를 맞물리게 함으로써, 그리고 디퍼렌셜을 맞물리게 함으로써 달성된다.
일부 실시예에서, 본 방법은 단일 모터 구동 모드를 달성하는 것으로 결정하는 단계를 포함한다. 단일 모터 구동 모드는, 제1 클러치를 맞물림해제되게 함으로써, 제2 클러치를 맞물림해제되게 함으로써, 디퍼렌셜을 맞물리게 함으로써, 그리고 제1 모터의 회전을 제어함으로써 달성된다. 일부 실시예에서, 중립 모드에서, 본 방법은 제2 모터가 전력 입력 없이 프리휠링(freewheeling)하도록 허용하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 본 방법은 구동 축에서 중립 구동 모드를 달성하는 것으로 결정하는 단계를 포함한다. 중립 구동 모드는, 제1 클러치를 맞물림해제되게 함으로써, 제2 클러치를 맞물림해제되게 함으로써, 디퍼렌셜을 맞물림해제되게 함으로써, 그리고 제1 모터 및 제2 모터 둘 모두가 전력 입력 없이 프리휠링하도록 허용함으로써 달성된다.
일부 실시예에서, 본 방법은 속도 센서로부터의 신호, 에너지 소비 메트릭(metric), 사용자 인터페이스에 대한 입력, 제1 모터의 토크 값, 또는 제2 모터의 토크 값 중 적어도 하나에 기초하여 구동 모드를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 하나 이상의 다양한 실시예에 따라, 하기 도면을 참조하여 상세히 기술된다. 도면은 단지 예시의 목적으로 제공되며, 단지 전형적인 또는 예시적인 실시예를 도시한다. 이들 도면은 본 명세서에 개시된 개념의 이해를 용이하게 하기 위해 제공되며, 이들 개념의 범위, 범주, 또는 적용가능성을 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다. 명확함 및 예시의 용이함을 위해, 이들 도면은 반드시 축척대로 작성된 것은 아님에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전기 차량의 예시적인 구성요소의 평면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 3가지의 예시적인 구동 유닛 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 기어박스 내의 기어들의 예시적인 배열체를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 포개진(nested) 구동 기어, 클러치 조립체 및 디퍼렌셜 조립체에 대한 예시적인 배열체의 단면도를 도시한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 상이한 주행 모드에서의 도 4의 예시적인 배열체의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 디퍼렌셜을 갖는 구동 시스템의 단면도를 도시한다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 상이한 주행 모드에서의 도 8의 예시적인 구동 시스템의 단면도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예시적인 구동 시스템의 사시 부분 단면도를 도시한다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 통합된 디퍼렌셜을 갖는 예시적인 구동 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 커플링을 갖는 예시적인 구동 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 중간 디퍼렌셜을 갖는 예시적인 구동 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 중간 디퍼렌셜 및 중간 클러치를 갖는 예시적인 구동 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 17은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예시적인 구동 시스템의 단면도를 도시한다.
도 18은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 하나 이상의 구동 유닛을 제어하기 위한 제어 시스템을 갖는 예시적인 전기 차량의 블록도를 도시한다.
도 19는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전기 차량 구동 트레인(drivetrain)을 관리하기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도이다.
본 발명은 제어가능 디퍼렌셜을 갖는 모터 구동 유닛 아키텍처(architecture)에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 모터 구동 유닛 아키텍처는 2개 이상의 모터를 상이한 축 상에 정렬시킨다. 일부 실시예에서, 본 발명은 복수의 구성이 실현되도록 허용하는 구동 유닛에 관한 것이다. 예시하기 위해, 4-모터의, 토크 벡터링이 가능한, 전기 차량 아키텍처(또는 차축에서 한 쌍의 휠에 대한 토크 벡터링을 갖는 2-모터 구동 유닛)를 참조하면, 임의의 시간에 모든 4개의 모터로부터 이용가능한 동력 및/또는 토크의 양과 일정한 차량 속도를 유지하는 데 필요한 토크 및/또는 동력의 양 사이에 큰 차이가 존재할 수 있다. 추가로, 정속 주행(constant speed cruising)이 요구되는 상황에서, 가능한 한 적은 수의 모터 및 구동 트레인을 사용하는 것이 효율, 주행가능거리(range) 또는 둘 모두에 유리할 수 있다. 전기적 및/또는 기계적 수단이, 다른 구동 트레인 시스템들 중 가능한 한 많은 것을 "끄거나" 달리 맞물림해제시키고 연관된 손실을 가능한 한 많이 감소시키는 데 사용될 수 있다.
일부 상황에서, 이중 구동 유닛이 토크 벡터링을 제공하는 능력을 포함한 다양한 이점을 제공한다. 본 발명의 이중 구동 유닛은 하나 이상의 이점을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명의 이중 구동 유닛은 필요한 하드웨어를 끼워맞추기에는 너무 작은 차량 내에 끼워맞추도록 구성될 수 있다. 이는 토크 벡터링 구동 유닛이 더 작은 승용차 내에 적절하게 패키징될 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 본 발명의 이중 구동 유닛은 상대적으로 더 큰 모터의 사용이 토크 벡터링 구동 유닛을 이미 채용한 고성능 응용에 맞을 수 있게 한다. 이는 고출력 토크 벡터링 차에서 훨씬 더 많은 동력을 생성한다. 일부 실시예에서, 본 발명의 이중 구동 유닛은 더 긴 하프 샤프트의 사용을 가능하게 하며, 이는 차량 속도를 저하시키지 않고서 더 많은 서스펜션 이동(suspension travel)이 가능하다는 것을 의미한다. 따라서, 전체적으로 더 많은 서스펜션 이동을 필요로 하는 오프로드 응용 또는 모드가 상대적으로 더 높은 속도로 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명은, 토크 벡터링, 중립 차동(neutral differentiation), 개방 차동(open-differentiation), 단일 모터 구동, 및 디퍼렌셜 로킹을 제공하면서 작동 범위에 대한 제어를 제공하는 선택가능 차동 기어박스에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 전기 구동 트레인은 토크 벡터링을 달성하도록 구성되는 하나 이상의 전기 모터(예컨대, 2-모터 또는 4-모터 아키텍처)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전방 구동 유닛(Front Drive Unit, FDU) 및 후방 구동 유닛(Rear Drive Unit, RDU)이 포함될 수 있고, 각각은 단일 패키지 내에 통합되는 2개의 인버터 코어, 2개의 모터, 및 2개의 독립적인 기어세트를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전기 차량(100)의 예시적인 구성요소의 평면도를 도시한다. 일부 실시예에서, 차량은 하나 이상의 구동 유닛 내에 배열되는 2개 이상의 전기 모터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모터 조립체들 중 일부는 동일할 수 있는 한편, 일부는 모터에 대해 상이한 좌우성(handedness) 또는 샤프트 회전 방향을 가질 수 있다. 예시된 바와 같이, 전방 구동 유닛(110) 및 후방 구동 유닛(120)은 상이하게 배향된다. 전방 구동 유닛(110) 및 후방 구동 유닛(120)의 구성요소 및 배향은 차량 내에서의 적합한 샤프트 회전 및 설치(fitment)를 수용하기 위해 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 모터 조립체(111), 모터 조립체(112), 모터 조립체(121), 및 모터 조립체(122)의 분해도가 도 1에 예시되어 있다. 모터 조립체(111, 112)는 (예컨대, 디퍼렌셜, 중간 하우징, 베어링 등과 같은 다른 구성요소와 함께) 전방 구동 유닛(110) 내에 포함된다. 모터 조립체(121, 122)는 (예컨대, 디퍼렌셜, 중간 하우징, 베어링 등과 같은 다른 구성요소와 함께) 후방 구동 유닛(120) 내에 포함된다. 전방 구동 유닛(110) 및 후방 구동 유닛(120)은, 각각, 사용되는 모터의 수, 구동되는 출력 샤프트의 수, 출력 샤프트의 독립성, 또는 이들의 조합을 제어하기 위해 디퍼렌셜, 출력 샤프트 클러치, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 디퍼렌셜 및 클러치 조립체는 전륜, 후륜, 또는 둘 모두에 적용될 수 있다. 예시하기 위해, 각각의 구동 축(예컨대, 전방 및 후방)에서, 0개, 1개 또는 2개의 모터가 구동 축의 휠에 토크를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 상황에서, 전방 구동 축(예컨대, 하나 또는 둘 모두의 모터)만이 동력을 공급받을 수 있고, 후방 구동 축은 중립화될(예컨대, 동력을 공급받지 않고 프리휠링하도록 허용됨) 수 있다. 추가 예에서, 일부 상황에서, 전방 구동 축 및 후방 구동 축 둘 모두(예컨대, 각각의 축에 있는 하나 또는 둘 모두의 모터)가 동력을 공급받을 수 있다. 표 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전방 구동 유닛(110) 및 후방 구동 유닛(120) 각각이 디퍼렌셜 조립체를 포함하는 전기 차량(100)에 의해 달성될 수 있는 구성의 예시적인 예를 제공한다. 일부 실시예에서, 전방 구동 유닛(110) 및 후방 구동 유닛(120) 중 하나만이 디퍼렌셜을 포함하고, 표 1의 구성들 중 일부만이 달성가능하거나 달리 적용가능할 수 있다.
[표 1]
Figure pat00001
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 3가지의 예시적인 구동 유닛 구성을 도시한다. 구성(200)은, 모터, 기어박스(예컨대, 하우징), 및 출력부(예컨대, 출력 스플라인 또는 출력 하프 샤프트)를 각각 포함하는 2개의 별개의 모터 드라이브(motor drive)(210, 220)를 포함한다. 디퍼렌셜 조립체(230)가 모터 드라이브(210, 220)의 출력부를 결합 또는 결합해제시키도록 설치 및 구성된다. 모터 드라이브(210, 220)의 하우징은 서로 인터페이싱하여 고정 하우징을 형성한다.
구성(250)은 분해도(예컨대, 조립되지 않은 상태)로 예시된 모터 드라이브(260, 270)를 포함한다. 모터 드라이브(260, 270)는 중간 하우징(252)에 의해 함께 결합되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 모터 드라이브들(260, 270) 각각은, 모터(예컨대, 모터(261, 271), 전체 기어세트(예컨대, 기어세트(263, 273), 및 출력부(예컨대, 하프 샤프트(264, 274))를 포함하는 동안, 독립형 작동을 위해 구성될 필요가 없다. 예시된 바와 같이, 모터 드라이브(260, 270)는 각각 B 실드(262, 272)를 포함하며, 이는 베어링을 수용하도록, 전기 종단부를 관리하도록, 냉각을 제공하도록, 장착을 제공하도록, 임의의 다른 적합한 기능을 하도록, 또는 이들의 임의의 적합한 조합을 행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 모터 드라이브(260, 270)는 밀봉될 필요가 없다. 예를 들어, 중간 하우징(252)(예컨대, I 실드)은 모터 드라이브(260) 및 모터 드라이브(270) 둘 모두에 대해 밀봉하도록 구성될 수 있다. 중간 하우징(252)은 윤활제(예컨대, 베어링 오일)를 밀봉하도록, 냉각제(예컨대, 물, 혼합물, 오일)를 밀봉하도록, 소음 감소를 제공하도록(예컨대, 기어 유도 가청 소음 및 진동을 감쇠시킴), 모터 드라이브(260, 270)를 서로 정렬시키도록, 모터 드라이브(260, 270)를 프레임 또는 다른 구조 요소에 장착하도록, 하나 이상의 샤프트 베어링(예컨대, 모터 샤프트, 중간 샤프트, 출력 샤프트, 또는 이들의 조합을 위한 하나 이상의 베어링)을 수용하도록, 임의의 다른 적합한 기능을 하도록, 또는 이들의 임의의 적합한 조합을 행하도록 구성될 수 있다. 디퍼렌셜(280)이 모터 드라이브(260, 270)의 출력부를 결합 또는 결합해제시키도록 설치 및 구성된다.
구성(290)은 조립된 상태에 있는 모터 드라이브(260, 270)를 포함한다. 예를 들어, 모터 드라이브(260, 270)는 체결구(예컨대, 볼트, 나사형성된 스터드 및 너트), 클램프, 래치, 기계적 인터로크(interlock), 임의의 다른 적합한 부착구, 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 중간 하우징(252)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 중간 하우징(252), 모터 드라이브(260), 모터 드라이브(270), 또는 이들의 조합은, 2개 이상의 구성요소를 공간적으로 정렬시키거나 상대 운동을 제한하거나 또는 둘 모두를 행하는 정렬 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 하우징(252)은 모터 드라이브들(260, 270) 각각이 (예컨대, 도 2에 예시된 바와 같이, 좌우 축을 따라) 더 짧도록 허용할 수 있다. 추가 예에서, 구성(290)은, 예시된 바와 같이, 좌우 축을 따라 구성(200)보다 짧을 수 있는데, 그 이유는 모터 드라이브(260, 270)가 완전히 밀봉된 기어세트(263, 273)를 필요로 할 필요가 없기 때문이다. 독립형인 모터 드라이브(210, 220)는, 윤활, 냉각제 또는 둘 모두에 대해 완전히 밀봉하고 또한 각각의 기어세트의 모든 베어링을 수용하는 하우징을 포함한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 기어박스 내의 기어들의 예시적인 배열체(300)를 도시한다. 기어박스 하우징은 명확성을 위해 도 3에 예시되지 않는다. 기어박스와 같은 파워 트레인(power train) 메커니즘은, 예를 들어 설계 제약조건에 기초하여, 다양한 구성 및 배열을 취할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 예시된 바와 같이, 모터 및 중간 기어는 예시 및 명확성을 위해 서로 오프셋된다. 따라서, 일부 실시예에서, 모터 및 출력 샤프트는 (예컨대, 도 8에 예시된 바와 같이) 각각의 축 상에 정렬된다. 모터, 출력 기어, 또는 둘 모두는, 본 발명에 따르면, 각각의 축 상에 정렬될 수 있다(예컨대, 제1 기어(311, 321)는 동일한 축에 중심설정될 수 있음). 예시하기 위해, 도 3의 오프셋 배열체는 각각의 동력 전달 메커니즘이 예시되도록 허용한다(예컨대, "V"자로서 예시되지만, "V"자의 열각(minor angle)은 모터 정렬 배열체를 형성하기 위해 0도일 수 있음).
도 3에 예시된 바와 같이, 각각의 기어세트(예컨대, 기어(311, 315, 316, 314)는 하나의 기어세트이고, 기어(321, 325, 326, 324)는 다른 기어세트임)는 이중 감속 기어를 포함한다. 각각의 모터(예컨대, 모터(310) 및 모터(320))는 제1 기어를 갖는 모터 샤프트를 포함한다. 예를 들어, 제1 기어(311)는 모터(310)의 샤프트에 부착되고, 제1 기어(321)는 모터(320)의 샤프트에 부착된다. 각각의 제1 기어는 중간 축을 중심으로 회전하는 2개의 중간 기어들 중 더 큰 것과 쌍을 이룬다. 예를 들어, 제1 기어(311)는 중간 샤프트에 부착된 중간 기어(315)와 맞물린다. 중간 기어(315)와 동일한 중간 샤프트에 결합된 중간 기어(316)는 (예컨대, 각각의 출력 샤프트(318)에 결합된) 각각의 출력 기어(314)와 맞물린다. 추가로, 제1 기어(321)는 중간 샤프트에 부착된 중간 기어(325)와 맞물린다. 중간 기어(325)와 동일한 중간 샤프트에 결합된 중간 기어(326)는 (예컨대, 출력 샤프트(318)와 정렬된 각각의 출력 샤프트(328)에 결합된) 각각의 출력 기어(324)와 맞물린다. 도 3에 예시된 바와 같이, 출력 기어(314, 324)는, 출력 기어(324)가 출력 기어(314) 뒤에 위치되고 출력 샤프트(318)만이 보이는 상태로 정렬된다는 것이 이해될 것이다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 중간 샤프트는 각각의 모터 샤프트 및 구동 샤프트로부터 오프셋될(예컨대, 선을 따라 정렬되지 않음) 수 있다. 임의의 적합한 수의 기어가 모터와 대응하는 출력 샤프트 사이의 임의의 적합한 양의 감속과 함께 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예에서, 기어박스는 기어 트레인(gear train) 내에 2개 이상의 기어를 포함할 수 있다. 기어 트레인은 일반 기어 트레인 또는 복합 일반 기어 트레인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복합 기어 트레인은 단일 축을 중심으로 회전하도록 구성되는 2개의 기어를 포함할 수 있다. 기어는, 예를 들어 스퍼 기어, 평행 헬리컬 기어, 임의의 다른 적합한 기어 유형, 또는 이들의 임의의 적합한 조합과 같은 임의의 적합한 기어 유형을 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적인 구동 유닛이 기어박스 및 기어를 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 본 발명에 따르면, 임의의 적합한 동력 전달 메커니즘이 모터로부터 출력부로 동력을 전달하는 데 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 체인 드라이브, 벨트 드라이브가 사용될 수 있다. 추가 예에서, 벨트 텐셔너(belt tensioner), 코그(cog), 스프로킷(sprocket), 임의의 다른 적합한 하드웨어, 또는 이들의 조합이, 동력을 전달하거나 맞물림을 유지하거나 또는 둘 모두를 행하기 위해 포함될 수 있다. 추가 예에서, 임의의 적합한 수의 감속부가 동력 전달 메커니즘 내에 포함될 수 있다. 예시된 바와 같이, 2개의 감속 스테이지가 3개의 총 기어를 사용하여 포함되지만, 기어 세트는, 예를 들어, 2개의 기어, 3개의 기어, 또는 3개 초과의 기어를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 동력 전달 메커니즘(예컨대, 도 3의 어느 하나의 기어세트)은 모터 샤프트의 회전 속도에 대한 출력 샤프트(예컨대, 출력 샤프트)의 회전 속도를 감소시키도록 구성된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 동력 전달 메커니즘은 샤프트들 사이에서 샤프트 일(shaft work)을 전달하기 위한 하나 이상의 구성요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 동력 전달 메커니즘은 기어세트(예컨대, 적어도 하나의 다른 기어와 각각 맞물리는 복수의 기어), (예컨대, 입력 기어 및 출력 기어와 같은 다른 기어와 맞물리는) 단일 기어, 베어링, 임의의 다른 적합한 구성요소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모터 기어, 중간 기어, 및 출력 기어의 세트는 동력 전달 메커니즘으로 지칭될 수 있거나, 또는 중간 기어만이 동력 전달 메커니즘으로 지칭될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 포개진 구동 기어, 클러치 조립체 및 디퍼렌셜 조립체에 대한 예시적인 배열체(400)의 단면도를 도시한다. 예시하기 위해, 배열체(600)는 클러치 조립체 및 디퍼렌셜 조립체가 추가된 도 3의 배열체(300)와 유사할 수 있지만, 그럴 필요는 없다. 예시된 바와 같이, 배열체(400)는 구동 트레인의 일부분을 나타내고, 구동 기어(410), 구동 기어(420), 베어링(401 내지 404), 클러치 조립체(470, 471), 출력 요소(461, 462), 및 (예컨대, 디퍼렌셜 요소(451)로부터 구동 기어(410)를 로킹 및 로킹해제시키기 위한) 액추에이터(472)를 갖는 디퍼렌셜 요소(450 내지 452)를 포함한다. 구동 기어(410)는 (예컨대, 도 2 및 도 3에 예시된 바와 유사한 배열로) 제1 모터에 의해 구동되고, 구동 기어(420)는 (예컨대, 도 2 및 도 3에 예시된 바와 유사한 배열로) 제2 모터에 의해 구동된다. 베어링(401 내지 404)은 회전 및 로딩(예컨대, 축방향 로딩, 반경방향 로딩, 및 방위각방향 로딩) 동안 축(499)을 따라 구동 기어(410, 420)의 정렬을 유지한다. 예시된 바와 같이, 구동 기어(420)는 섹션을 따라 구동 기어(410) 내에 반경방향으로 중첩되며, 이때 베어링(401)이 그들 사이에 반경방향으로 배열된다. 예시된 바와 같이, 베어링(402 내지 404)은 기어박스 하우징(도 4에 도시되지 않음)의 회전 구성요소와 고정 요소 사이에 배열된다. 클러치 조립체(470)는, 구동 기어(410)를 출력 요소(461)와 맞물리게 하고 그로부터 맞물림해제시키도록 구성된다. 유사하게, 클러치 조립체(471)는, 구동 기어(420)를 출력 요소(462)와 맞물리게 하고 그로부터 맞물림해제시키도록 구성된다. 클러치 조립체들(470, 471) 각각은 하우징(도 4에 도시되지 않음)의 고정 요소에 장착되는 액추에이터를 포함할 수 있다. 액추에이터(470)는, 구동 기어(410)를 디퍼렌셜 요소(450 내지 452)와 맞물리게 하고 그로부터 맞물림해제시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 디퍼렌셜 요소(450)는, 구동 기어(410)와 맞물리거나(예컨대, 그와 함께 회전함) 구동 기어(410)로부터 맞물림해제될(예컨대, 그와는 상이하게 회전함) 수 있는 디퍼렌셜 케이싱을 포함한다.
베어링(401 내지 404)은, 예를 들어, 롤러 베어링, 니들 베어링, 볼 베어링, 테이퍼 베어링, 스러스트 베어링, 임의의 다른 적합한 유형의 베어링, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 베어링(403, 404)은, 고정 구성요소(예컨대, 하우징 또는 다른 구성요소)에 대해 반작용하여 고정 구성요소에 대한 구동 기어(410, 420)의 정렬을 유지하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 베어링(402)은, 고정 구성요소(예컨대, 하우징 또는 다른 구성요소)에 대해 반작용하여 고정 구성요소에 대한 구동 기어(420)의 정렬을 유지하도록 구성된다. 구동 기어(410, 420)의 축방향 중첩 때문에, 베어링(401)은 구동 기어들(410, 420) 사이에서 반경 방향, 축 방향, 또는 둘 모두로 힘을 전달하도록 구성될 수 있다.
구동 기어(410, 420)("출력 기어"로도 지칭됨)는, 고정 구성요소(예컨대, 하우징)와 맞물려 구동 기어(410, 420)의 정렬을 유지하는 각각의 베어링(403, 404)과 맞물리도록 구성된다. 예시된 바와 같이, 본 명세서에서, 구동 기어(410) 및 출력 요소(461)는 "좌측(L)" 또는 "1"로 지칭될 수 있는 한편, 구동 기어(420) 및 출력 요소(462)는 "우측I" 또는 "2"로 지칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 출력 요소들(461, 462) 각각은 (예컨대, 디퍼렌셜 요소(451, 452)와 맞물리는) 사이드 기어, 하프 샤프트, 및 각각의 클러치 조립체(470, 471)에 의해 각각의 구동 기어(410, 420)와 맞물리고 그로부터 맞물림해제되도록 구성되는 클러치 요소를 포함한다. 일부 실시예에서, 출력 요소(461, 462)는 각각 출력부이도록 구성되고, 출력 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 요소들(461, 462) 각각은 하프 샤프트를 수용하도록 구성되는 리세스를 포함할 수 있다. 추가 예에서, 출력 요소들(461, 462) 각각은, 예를 들어 스플라인형 인터페이스, 키형 인터페이스, (예컨대, 체결구를 갖는) 플랜지형 인터페이스, 유니버설 조인트, 클러치형 인터페이스, 임의의 다른 적합한 인터페이스, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 임의의 적합한 출력 인터페이스를 포함할 수 있다. 예시적인 예에서, 디퍼렌셜 조립체는 출력 요소(461, 462)에 결합되는 중심 연결해제 디퍼렌셜로 지칭될 수 있고, 이는 (예컨대, 액추에이터(472)를 통해) 구동 기어(410)를 (예컨대, 디퍼렌셜 케이싱을 포함하는) 디퍼렌셜 요소(451)에 연결하고 그로부터 연결해제시키도록 구성된다.
베어링 배열체(400)의 클러치 조립체(470, 471)는 구동 기어(410, 420)를 각각의 출력 요소(461, 462)와 기계적으로 결합시키도록 구성된다. 클러치 조립체(470, 471)는, 예를 들어, 마찰 플레이트, 압력 플레이트, 액추에이터(예컨대, 유압식, 전기기계식, 기계식), 원심 요소, 원추형 요소, 토크 제한기, 댐퍼, (예컨대, 채터(chatter)를 감소시키기 위한, 맞물림을 해제시키기 위한) 스프링, (예컨대, 논슬립(non-slip) 맞물림을 위한) 도그 클러치(dog clutch) 요소, 임의의 다른 적합한 요소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 클러치 조립체(470, 471)는 힘을 전달하기 위한 구조물을 제공하는 고정 구성요소(예컨대, 하우징 또는 그의 연장부)에 부분적으로 인터페이싱할 수 있다. 예를 들어, 선형 액추에이터가 클러치 조립체와 맞물리도록 사용될 수 있고, 선형 액추에이터의 스테이터(stator)는 고정 구성요소에 부착될 수 있다. 추가 예에서, 클러치 조립체의 맞물림 메커니즘이 고정 구성요소에 부착되어, 맞물림 메커니즘이 그에 대해 힘을 반작용시키는 구조물을 제공할 수 있다.
예시적인 예에서, 토크 벡터링 모드에서, 구동 기어(410, 420)는 차량이 비교적 일관된 지면 상에서 직선으로 이동하고 있을 때 실질적으로 동일한 속도로 축(499)을 중심으로 회전할 수 있다. 방향전환하는 동안 또는 일측이 더 많은 트랙션(traction) 또는 더 많은 슬립을 겪을 수 있는 조건 하에서, 구동 기어(410, 420)는 축(499)을 중심으로 상이한 속도로 회전할 수 있다(예컨대, 구동 기어(410, 420)는 축(499)을 중심으로 서로에 대해 회전함). 예를 들어, 하나의 휠이 슬립을 겪는 일부 그러한 상황에서, 디퍼렌셜 조립체는 더 많은 트랙션으로 휠에 더 많은 동력을 전달하도록 맞물릴 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 상이한 주행 모드에서의 도 4의 예시적인 배열체(400)의 단면도를 도시한다. 도 5는 토크 벡터링 모드를 예시하고, 도 6은 완전 로킹 모드를 예시하며, 도 7은 단일 모터 모드를 예시한다. 추가적으로, 디퍼렌셜 조립체와 클러치 조립체가 맞물림해제되고, 그에 따라 구동 축이 어느 하나의 모터에 의해 구동되지 않는(예컨대, 다른 하나의 구동 축이 구동될 때 수동적으로 회전함) 중립 모드가 달성될 수 있다. 도 4의 축(499)은 참고로 도 5 내지 도 7 각각에 포함된다.
토크 벡터링 모드를 예시하는 도 5를 참조하면, 출력부(510)는 제1 모터에 의해 구동되고, 출력부(520)는 제2 모터에 의해 구동된다. 디퍼렌셜 조립체는 로킹해제되는(예컨대, 액추에이터(472)가 맞물림해제된 상태로, 도 5에 점선으로 도시됨) 한편, 둘 모두의 클러치 조립체(470, 471)는 로킹된다. 예를 들어, 토크 벡터링 모드에서, 각각의 모터는 각각의 출력부(예컨대, 출력 요소(461, 462))를 서로 독립적으로 구동한다. 추가 예에서, 제1 모터만이 출력부(510)를 구동하고, 제2 모터만이 출력부(520)를 구동하며, 출력부들(510, 520) 각각은 상이한 속도로 회전하고 상이한 양의 토크를 나타낼 수 있다(예컨대, 출력부(510, 520)는 도 5에서 상이하게 해칭됨).
완전 로킹 모드를 예시하는 도 6을 참조하면, 디퍼렌셜 조립체는 (예컨대, 액추에이터(472)를 통해) 맞물림해제되고, 둘 모두의 클러치 조립체(470, 471)는 맞물려서, 출력부(610)(예컨대, 둘 모두의 휠에 대한 둘 모두의 출력 샤프트를 포함함)가 제1 모터, 제2 모터, 또는 둘 모두에 의해 구동되게 한다. 도 5의 토크 벡터링 모드와는 달리, 출력 샤프트는 독립적으로 자유롭게 회전하지 않고(예컨대, 구동 축의 휠이 동일한 속도로 회전함), 어느 하나의 또는 둘 모두의 모터가 출력부(610)를 구동하기 위해 사용될 수 있다. 예시하기 위해, 하나의 휠이 완전 로킹 모드에서 슬립하는 경우, 제1 모터 및 제2 모터 둘 모두에 의해 제공되는 토크는 완전 로킹 모드에서 논슬립 휠에 의해 이용될 수 있다.
단일 모터 모드를 예시하는 도 7을 참조하면, 둘 모두의 클러치 조립체(470, 471)는 맞물림해제되고, 디퍼렌셜 조립체는 (예컨대, 액추에이터(472)를 통해) 맞물린다. 예시된 바와 같이, 제1 모터만이 출력부(710)를 구동한다. 제2 모터는 프리휠링할 수 있지만, 그 외에는 출력부(710)와 맞물리지 않고, (예컨대, 상대 이동 표면 및 점성 항력으로부터의 아마도 무시할 수 있는 마찰을 제외하고는) 출력부(710)에 토크를 제공하지 않는다. 단일 모터 모드에서는, 예를 들어, 단일 모터가 구동 축 상의 휠을 구동하는 데 사용되어, 그에 따라 그 구동 축에 대한 전력 요건을 감소시킨다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 디퍼렌셜을 갖는 구동 시스템(800)의 단면도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 구동 시스템(800)은: 하우징 요소(831, 832) 및 고정 요소(898)를 포함하는 하우징(830); 출력 기어(810, 820); 스파이더 기어(851, 852); 샤프트(850) 및 프레임(855); 사이드 기어(853, 854); 디퍼렌셜 액추에이터(858); 가능하게는 출력 샤프트(861, 862) 및/또는 등속 조인트에 대한 하프샤프트(861, 862)로도 지칭되는 하프샤프트(861, 862); 클러치 요소(871, 872, 881, 882); 클러치 액추에이터(870, 880); 베어링(801, 802, 803, 804); 및 시일(863, 864)을 포함한다.
하우징(803)은 출력 기어(810, 820)에 대해 고정되도록 구성되고, 예를 들어 전기 차량의 프레임에 장착될 수 있다. 출력 기어(810, 820)는, 모터 기어 또는 모터 기어와 맞물리는 중간 기어일 수 있는 각각의 기어(도시되지 않음)와 맞물린다. 추가로, 도 8에 예시되어 있지 않지만, 2개의 전기 모터가 포함되고 하우징(830)에 결합되며, 이때 각각의 모터 샤프트가 각각의 모터 기어를 통해, 직접적으로 또는 하나 이상의 각각의 중간 기어를 통해, 구동 기어(810, 820)에 맞물린다. 출력 샤프트(861, 862)(예컨대, 본 명세서에서 "하프샤프트"로 지칭됨)는 유니버설 조인트, 하프 샤프트, 스핀들, 임의의 다른 적합한 링크장치, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 구동 축의 각각의 휠에 결합될 수 있다. 시일(863, 864)은, 하우징(830)의 내부 용적부로부터의 윤활제의 누출을 방지하거나 제한하면서 방위각방향 변위(예컨대, 축(899)을 중심으로 하는 회전)를 허용하기 위해, 출력 샤프트(861, 862)를 하우징(830)에 밀봉하도록 구성된다. 예시하기 위해, 구동 시스템(800)은, 오일이 하우징(830) 내에 배열된 구성요소 상에 펌핑 및/또는 스플래싱(splashing)되고, 시일(863, 864)이 하우징(830)의 내부 용적부 내에 윤활제를 수용하는 것을 돕는 오일 윤활 시스템을 포함할 수 있다.
출력 기어(810)는 베어링(801, 803)과 인터페이싱하여 축(899)으로부터의 변위를 제한한다(예컨대, 출력 기어(810)는 축(899)을 중심으로 회전하는 단일 자유도로 제한됨). 예시하기 위해, 출력 기어(810)는 단일 피스(piece) 또는 하나 초과의 피스의 강성 조립체일 수 있다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 출력 기어(810)는, 구동되고 클러치 요소(872)와 인터페이싱하는 제1 피스, 및 베어링(801)과 인터페이싱하는 제2 피스를 포함한다. 출력 기어(820)는 베어링(801, 802, 804)과 인터페이싱하여 축(899)으로부터의 변위를 제한한다(예컨대, 출력 기어(820)는 축(899)을 중심으로 회전하는 단일 자유도로 제한됨). 출력 기어(810, 820)는 일부 구동 모드(예컨대, 토크 벡터링 모드, 단일 모터 모드, 중립 모드)에서 서로에 대해 축(899)을 중심으로 회전할 수 있고, 일부 구동 모드(완전 로킹 모드)에서 함께(예컨대, 동일한 속도로) 회전하도록 제한될 수 있다.
클러치 요소(871)(예컨대, 클러치 디스크)는 (예컨대, 스플라인, 키, 또는 상대 방위각방향 회전을 제한하는 임의의 다른 적합한 부착구에 의해) 출력 샤프트(861)에 부착된다. 클러치 요소(872)(예컨대, 클러치 디스크)는 (예컨대, 스플라인, 키, 또는 상대 방위각방향 회전을 제한하는 임의의 다른 적합한 부착구에 의해) 구동 기어(810)에 부착된다. 클러치 액추에이터(870)는, 클러치 요소(871, 872)를 서로 맞물리게 하고 맞물림해제시켜, 그에 따라 출력 기어(810)와 출력 샤프트(861)를 서로 맞물리게 하거나 맞물림해제시키도록 구성된다. 예시하기 위해, 클러치 액추에이터(870)가 클러치 요소(871, 872)로 하여금 맞물리게 할 때, 출력 기어(810)와 출력 샤프트(861)는 동일한 각속도로 회전하고, 토크가 출력 기어(810)와 출력 샤프트(861) 사이에서 전달된다. 일부 실시예에서, 맞물릴 때 클러치 요소들(871, 872) 사이에서 어느 정도의 슬립이 발생할 수 있지만, 다른 실시예에서는 슬립이 나타날 필요가 없다.
클러치 요소(881)(예컨대, 클러치 디스크)는 (예컨대, 스플라인, 키, 또는 상대 방위각방향 회전을 제한하는 임의의 다른 적합한 부착구에 의해) 출력 샤프트(862)에 부착된다. 클러치 요소(882)(예컨대, 클러치 디스크)는 (예컨대, 스플라인, 키, 또는 상대 방위각방향 회전을 제한하는 임의의 다른 적합한 부착구에 의해) 구동 기어(820)에 부착된다. 클러치 액추에이터(880)는, 클러치 요소(881, 882)를 서로 맞물리게 하고 맞물림해제시켜, 그에 따라 출력 기어(820)와 출력 샤프트(862)를 서로 맞물리게 하거나 맞물림해제시키도록 구성된다. 예시하기 위해, 클러치 액추에이터(880)가 클러치 요소(881, 882)로 하여금 맞물리게 할 때, 출력 기어(820)와 출력 샤프트(862)는 동일한 각속도로 회전하고, 토크가 출력 기어(820)와 출력 샤프트(862) 사이에서 전달된다. 일부 실시예에서, 맞물릴 때 클러치 요소들(881, 882) 사이에서 어느 정도의 슬립이 발생할 수 있지만, 다른 실시예에서는 슬립이 나타날 필요가 없다.
구동 시스템(800)은, 스파이더 기어(851, 852), 샤프트(850), 프레임(855), 사이드 기어(853, 854), 및 디퍼렌셜 액추에이터(858)를 포함하는 디퍼렌셜 조립체(예컨대, 중심 연결해제 디퍼렌셜)를 포함한다. 프레임(855) 및 샤프트(850)는, 출력 기어(810)와 함께 회전하거나 출력 기어(810)와는 상이하게 회전하도록 맞물릴 수 있는 디퍼렌셜 케이싱으로도 지칭될 수 있다. 사이드 기어(853)는 출력 샤프트(861)에 부착되고(예컨대, 함께 스플라인결합, 키결합 또는 볼트결합됨), 출력 샤프트(861)와 함께 회전하도록 구성된다. 사이드 기어(854)는 출력 샤프트(862)에 부착되고(예컨대, 함께 스플라인결합, 키결합 또는 볼트결합됨), 출력 샤프트(862)와 함께 회전하도록 구성된다. 스파이더 기어(851, 852)는 샤프트(850)를 중심으로 회전하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 프레임(855)은 샤프트(850)에 부착되는 한편, 다른 실시예에서, 프레임(855) 및 샤프트(850)는 단일 구성요소를 포함할 수 있다. 디퍼렌셜 액추에이터(858)는, 출력 기어(810)와 프레임(855)을 맞물리게 하고 맞물림해제시키도록 구성된다. 예시된 바와 같이, 디퍼렌셜 액추에이터(858)가 맞물리고, 그에 따라 프레임(855), 샤프트(850), 및 스파이더 기어(851, 852)가 축(899)을 중심으로 출력 기어(810)와 함께 회전한다. 추가로 예시된 바와 같이, 출력 기어(810)는 디퍼렌셜 액추에이터(858)와 맞물리도록 구성되는 스플라인(856)을 포함한다. 도 8에서 보이지 않지만, 프레임(855)은 대응하는 스플라인을 포함하여서, 도 8에 예시된 구성에서, 디퍼렌셜 액추에이터(858)가 또한 프레임(855)의 스플라인과 맞물리게 하여서, 프레임(855)과 출력 기어(810)가 함께 회전하게 한다. 스파이더 기어(853, 854), 샤프트(850) 및 프레임(855)을 포함하는 조립체는, 본 명세서에서, 축(899)을 중심으로 회전할 수 있는 스파이더 기어세트로 지칭된다. 예시적인 예에서, 디퍼렌셜 조립체는 출력 샤프트(861, 862)를 함께 결합시키고(예컨대, 그리고 출력 샤프트(861, 862)에 대한 토크를 차등화하도록 구성되고), 디퍼렌셜 액추에이터(858)는, 출력 기어(810)를 프레임(855)(예컨대, 디퍼렌셜 케이싱)에 연결하고 그로부터 연결해제시키도록 구성된다.
예시된 바와 같이, 베어링(803, 804)은 하우징(830)(예컨대, 각각 하우징 요소(831, 832))과 각각의 출력 기어(810, 820)(예컨대, 베어링 저널(bearing journal)을 수용하도록 기계가공된 표면과 같은 그의 연장부) 사이에 배열된다. 베어링(803, 804)은, 방위각방향 변위(즉, 축(899)을 중심으로 하는 회전)를 허용하면서, 축(899)에 대한 반경방향 및 축방향 변위를 제한한다. 베어링(801)은 출력 기어(810)와 출력 기어(820) 사이에 배열되어, 그에 따라, 상대 방위각방향 변위(예컨대, 상대 회전)를 허용하면서, 상대 반경방향 변위를 제한한다. 베어링(802)은 출력 기어(820)와 하우징(830)의 고정 구성요소(898) 사이에 배열되어, 그에 따라, 방위각방향 변위(즉, 축(899)을 중심으로 하는 회전)를 허용하면서, 적어도, 출력 기어(820)의 반경방향 변위를 제한한다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 상이한 주행 모드에서의 도 8의 예시적인 구동 시스템(800)의 단면도를 도시한다. 명확성을 위해 도 8의 모든 도면부호가 도 9 내지 도 11에 포함되지는 않으며, 베어링, 하우징, 클러치 액추에이터, 시일 및 다른 특징부는 명확성을 위해 생략된다. 강체(rigid body)로서 회전하도록 제한된 구성요소와 잠재적인 상대 회전을 나타내는 구성요소를 예시하기 위해 도 9 내지 도 11에서 해칭이 사용된다. 예시적인 예에서, 도 9 내지 도 11에 예시된 구동 모드는, 각각, 도 5 내지 도 7의 구동 모드에 대응한다.
토크 벡터링 모드를 예시하는 도 9를 참조하면, 출력 기어(810)는 제1 모터에 의해 구동되고, 출력 기어(820)는 제2 모터에 의해 구동된다. 디퍼렌셜 조립체는 로킹해제되는(예컨대, 프레임(855)이 출력 기어(810)로부터 맞물림해제됨) 한편, 둘 모두의 클러치 조립체는 적어도 가끔은 로킹된다(클러치 요소(871, 872)가 서로 맞물리고, 클러치 요소(881, 882)가 서로 맞물림). 출력부(861)는, 클러치 요소(871, 872)가 맞물릴 때, 출력 기어(810)에 의해 구동되는 한편, 출력부(862)는, 클러치 요소(881, 882)가 맞물릴 때, 출력 기어(820)에 의해 구동된다. 예를 들어, 토크 벡터링 모드에서, 각각의 모터(예컨대, 제1 모터 및 제2 모터)는 각각의 출력부(예컨대, 출력부(861, 862))를 서로 독립적으로 구동한다. 예시하기 위해, 제1 모터만이 출력 기어(810)를 구동하고, 제2 모터만이 출력 기어(820)를 구동하며, 출력 기어들(810, 820) 각각은 상이한 속도로 회전하고 상이한 양의 토크를 나타낼 수 있다. 프레임(855), 샤프트(850) 및 스파이더 기어(851, 852)는 둘 모두의 로킹된 구성요소(910, 920)에 대해 축(899)을 중심으로 회전할 수 있다(예컨대, 디퍼렌셜은 맞물림해제됨). 따라서, 스파이더 기어(851, 852)는 출력부(910, 920)가 상이한 각속도로 회전하는 경우 샤프트(850)의 축을 중심으로 회전한다.
완전 로킹 모드를 예시하는 도 10을 참조하면, 디퍼렌셜 조립체 및 둘 모두의 클러치 조립체는 맞물려서, 둘 모두의 출력 샤프트(861, 862)가 제1 모터, 제2 모터, 또는 둘 모두에 의해 강체로서 구동되게 한다. 도 9의 토크 벡터링 모드와는 달리, 출력 샤프트(861, 862)는 독립적으로 자유롭게 회전하지 않고(예컨대, 구동 축의 휠이 동일한 속도로 회전함), 어느 하나의 또는 둘 모두의 모터가 휠을 구동하기 위해 사용될 수 있다. 예시하기 위해, 하나의 휠이 완전 로킹 모드에서 슬립하는 경우, 제1 모터 및 제2 모터 둘 모두에 의해 제공되는 토크는 완전 로킹 모드에서 논슬립 휠에 의해 이용될 수 있다. 추가로 예시하기 위해, 스파이더 기어(851, 852)는 샤프트(850)의 축을 중심으로 회전하는데, 그 이유는 둘 모두의 사이드 기어(853, 854)가 (예컨대, 강체의 일부로서) 함께 회전하도록 제한되기 때문이다.
단일 모터 모드를 예시하는 도 11을 참조하면, 둘 모두의 클러치 조립체는 맞물림해제되고, 디퍼렌셜 조립체는 맞물린다. 단일 모터 모드(하이퍼-마일 모드 또는 에코 모드(eco mode)로도 지칭됨)는, 전방 구동 유닛이, 2개의 모터 및 기어세트가 활성 상태인 것으로부터, 단일 모터 및 기어세트가 구동 축(예컨대, 둘 모두의 전륜 또는 둘 모두의 후륜)에 동력을 공급하기 위해 사용되는 것으로 감소되도록 허용한다. 출력 기어(810)를 구동하는 제1 모터만이 단일 모터 모드에서 출력 샤프트(861, 862)를 구동한다. 일부 다른 구동 모드에서 출력 기어(820)를 구동하는 제2 모터는 프리휠링할 수 있지만, 그 외에는 출력 샤프트(861 또는 862)와 맞물리지 않고 그에 토크를 제공하지 않는다. 단일 모터 모드에서는, 예를 들어, 단일 모터가 (예컨대, 축(899)을 따라) 구동 축 상의 휠을 구동하는 데 사용되어, 그에 따라 그 구동 축에 대한 전력 요건을 감소시킨다(예컨대, 더 적은 모터, 동력 전자장치, 및/또는 동력 전달 손실을 발생시킴). 디퍼렌셜 액추에이터(858)가 맞물리고, 그에 따라 프레임(855)과 샤프트(850)가 출력 기어(810)와 함께 축(899)을 중심으로 회전한다. 그러나, 클러치 액추에이터(870, 880)는 맞물리지 않고(즉, 맞물림해제됨), 그에 따라 사이드 기어(853, 854)는 스파이더 기어(851, 852)에 의해 구동된다. 따라서, 출력 샤프트(861, 862)는 동일한 각속도로 회전할 수 있지만, 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 직선 경로를 따라 주행하는 동안, 출력 샤프트(861, 862)는 동일한 속도로 회전하고, 스파이더 기어(851, 852)는 샤프트(850)의 축에 대해 회전하지 않는다. 추가 예에서, 마찰/그립력(grip)이 미스매칭된 상태의 모퉁이(turn) 또는 표면을 따라 주행하는 동안, 출력 샤프트(861, 862)는 상이한 속도로 회전할 수 있으며, 이러한 경우에 스파이더 기어(851, 852)는 샤프트(850)의 축에 대해 회전한다. 출력 기어(820)는 출력 샤프트(862)(또는 출력 샤프트(861))와 맞물리지 않고, 예를 들어 프리휠링할 수 있다(예컨대, 또는 출력 샤프트(862)가 회전함에 따라 점성 항력으로부터 우발적으로 회전할 수 있음).
도 12는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예시적인 구동 시스템(1200)의 사시 부분 단면도를 도시한다. 도 12는 함께 결합된 하우징 요소(1231, 1232)를 갖는 하우징(1230)의 외부 표면을 예시한다. 추가로, 도 12는 출력 기어(1210, 1210)를 노출시키기 위해 하우징(1230)의 일부가 절결된 절결도를 예시한다. 예시된 바와 같이, 구동 시스템(1200)은 하우징(1230), (예컨대, 각각의 모터에 의해 구동되는) 출력 기어(1210, 1220), 디퍼렌셜 액추에이터(1272), 클러치 액추에이터(1270, 1271), 및 출력 샤프트(1261, 1262)를 포함한다. 예시적인 예에서, 구동 시스템(1200)은 도 8 내지 도 11의 구동 시스템(800)과 동일할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 통합된 디퍼렌셜을 갖는 예시적인 구동 시스템(1300)의 일부분의 단면도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 출력 기어(1310)는 연장부(1311, 1321)를 포함하지만, 출력 기어는 단일 피스, 또는 강체로서 축(1399)을 중심으로 회전하도록 구성된 피스들의 조립체일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 연장부(1311, 1321)는 출력 기어(1310)의 나머지 부분과 함께 강체로서 회전한다. 예시된 바와 같이, 구동 시스템(1300)은, 스파이더 기어(1351, 1352), 샤프트(1350), 프레임(1355), 사이드 기어(1353, 1354), 및 디퍼렌셜 액추에이터(1359)를 포함하는 디퍼렌셜 조립체를 포함한다. 사이드 기어(1353)는 인터페이스(1361)와 맞물리는 출력 샤프트(도시되지 않음)에 부착되도록(예컨대, 함께 스플라인결합, 키결합 또는 볼트결합됨) 구성되고, 출력 샤프트와 함께 회전하도록 구성된다. 사이드 기어(1354)는 인터페이스(1362)와 맞물리는 출력 샤프트(도시되지 않음)에 부착되도록(예컨대, 함께 스플라인결합, 키결합 또는 볼트결합됨) 구성되고, 출력 샤프트와 함께 회전하도록 구성된다. 예시하기 위해, 사이드 기어(1351)는 제1 모터(도시되지 않음)에 의해 구동되는 출력 기어(1310)(예컨대, 그의 연장부(1311))에 대해 회전할 수 있고, 사이드 기어(1352)는 출력 기어(1310)(예컨대, 그의 연장부(1321))에 대해 회전할 수 있다. 스러스트 와셔(1381, 1382)가, 각각, 연장부들(1311, 1321) 사이에 축방향으로 배열된다. 스러스트 와셔(1381, 1382)는 사이드 기어(1351, 1352)와 각각의 연장부(1311, 1321) 사이의 상대 방위각방향 변위(예컨대, 상대 회전)를 허용한다. 스파이더 기어(1351, 1352)는 샤프트(1350)의 축(예컨대, 예시된 바와 같이, 축(1301)에 평행한 수직 축)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 프레임(1355)은 샤프트(1350)에 부착되는 한편, 다른 실시예에서, 프레임(1355) 및 샤프트(1350)는 단일 구성요소를 포함할 수 있다.
디퍼렌셜 액추에이터(1358)는, 출력 기어(1310)와 프레임(1355)을 맞물리게 하고 맞물림해제시키도록 구성된다. 예시된 바와 같이, 디퍼렌셜 액추에이터(1358)가 맞물리고, 그에 따라 프레임(1355), 샤프트(1350), 및 스파이더 기어(1351, 1352)가 축(1399)을 중심으로 출력 기어(1310)와 함께 회전한다. 추가로 예시된 바와 같이, 출력 기어(1310)는 디퍼렌셜 액추에이터(1358)의 플런저(1359)와 맞물리도록 구성되는 스플라인(도 13에서는 보이지 않음)을 포함한다. 도 13에서 보이지 않지만, 프레임(1355)은 대응하는 스플라인을 포함하여서, 도 13에 예시된 구성에서, 디퍼렌셜 액추에이터(1358)의 플런저(1359)가 또한 프레임(1355)의 스플라인과 맞물리게 하여서, 프레임(1355)과 출력 기어(1310)가 함께 회전하게 한다. 플런저(1359)는, 축(1399)에 평행하게("축방향으로") 병진하여, 출력 기어(1310)를 디퍼렌셜 조립체(예컨대, 그의 프레임(1355))와 맞물리게 하고 그로부터 맞물림해제시키도록 구성된다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 커플링을 갖는 예시적인 구동 시스템(1400)의 일부분의 단면도를 도시한다. 구동 시스템(1400)은 (예컨대, 도 14에 도시되지 않은 각각의 모터에 의해 구동되는) 출력 기어(1410, 1420), 커플링(1430), 및 연결해제부(1412, 1422)를 포함한다. 출력 기어(1410, 1420)는 각각의 전기 모터에 의해 독립적으로 구동되도록 구성된다. 각각의 클러치 조립체를 포함할 수 있는 연결해제부(1412, 1422)는, 출력 기어(1410, 1420)를 각각의 휠에 결합시키고 그로부터 결합해제시키도록 구성된다. 디퍼렌셜 조립체 또는 클러치 조립체를 포함할 수 있는 커플링(1430)은 출력 기어(1410, 1420)를 결합 및 결합해제시키도록 구성된다. 예를 들어, 맞물릴 때, 커플링(1430)은 완전 로킹 모드 및/또는 단일 모터 모드가 달성되도록(예컨대, 어느 하나의 또는 둘 모두의 모터에 의해 구동됨) 허용할 수 있다. 추가 예에서, 맞물림해제될 때, 커플링(1430)은 토크 벡터링 모드가 달성되도록 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 커플링(1430) 및 연결해제부(1412, 1422) 각각은 하나 이상의 구동 모드를 달성하기 위해 제어 시스템에 의해 제어되는 하나 이상의 액추에이터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 커플링(1430)은 디퍼렌셜 조립체를 포함하며, 이때 스파이더 기어세트가 출력 기어들(1410, 1420) 중 하나에 결합되고, 출력 샤프트가 스파이더 기어세트와 맞물리는 각각의 사이드 기어에 결합된다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 중간 디퍼렌셜 조립체(1550)를 갖는 구동 시스템(1500)의 일부분의 단면도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 디퍼렌셜 조립체(1550)는, (예컨대, 도 8에 예시된 바와 같이) 구동 시스템 하우징 내에 통합되기보다는, 하우징(1530)을 포함한다. 구동 시스템(1500)은 출력 기어(1510, 1520), 베어링(1501 내지 1504), 및 디퍼렌셜 조립체(1550)를 포함한다. 디퍼렌셜 조립체(1550)는 출력 기어(1510, 1520)를 둘러싸는 하우징 상에 볼트결합되거나 달리 그에 장착될 수 있다. 예시하기 위해, 일부 실시예에서, 디퍼렌셜 조립체(1550)는, 통합된 구성요소보다는 추가 구성요소로서, 출력 기어들(1510, 1520) 각각에 대응하는 기존 하우징에 중간에 설치될 수 있다.
베어링(1501, 1502)은, 축(1599)을 중심으로 하는 출력 기어(1510)의 방위각방향 변위(예컨대, 회전)를 허용하면서, 축(1599)에 대한 출력 기어(1510)의 반경방향 및 축방향 변위를 제한하도록 구성된다. 베어링(1503, 1504)은, 축(1599)을 중심으로 하는 출력 기어(1520)의 방위각방향 변위(예컨대, 회전)를 허용하면서, 축(1599)에 대한 출력 기어(1520)의 반경방향 및 축방향 변위를 제한하도록 구성된다. 디퍼렌셜 조립체(1550)는 고정되도록 구성되는 하우징(1530), 및 스파이더 기어세트(도 15에 도시되지 않음)와 맞물리도록 구성되는 사이드 기어(1551, 1552)를 포함한다. 예시된 바와 같이, 사이드 기어들(1551, 1552) 각각은 (도 8의 구동 시스템(800)과 유사하게) 각각의 출력 샤프트에 결합하기 위한 스플라인을 포함한다. 디퍼렌셜 조립체(1550)는, 또한, 디퍼렌셜을 로킹 및 로킹해제시키기 위한 액추에이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로킹될 때, 구동 축은 완전히 로킹되고(예컨대, 출력 기어(1510, 1520)가 동일한 속도로 회전함), 로킹해제될 때, 구동 축은 중립 또는 토크 벡터링 모드를 달성할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 중간 디퍼렌셜 및 중간 클러치를 갖는 예시적인 구동 시스템(1600)의 일부분의 단면도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 구동 시스템(1600)은 출력 기어(1610, 1620), 유성 디퍼렌셜(1650), 출력 샤프트(1661, 1662), 및 베어링(1601 내지 1604)을 포함한다. 도 16에 예시되어 있지 않지만, 구동 시스템(1600)은, 또한, 고정 구성요소를 갖는 하우징을 포함한다. 디퍼렌셜 조립체(1650)는 출력 기어(1610, 1620)를 둘러싸는 하우징 상에 볼트결합되거나 달리 그에 장착될 수 있다. 예시하기 위해, 일부 실시예에서, 디퍼렌셜 조립체(1650)는, 통합된 구성요소보다는 추가 구성요소로서, 출력 기어들(1610, 1620) 각각에 대응하는 기존 하우징에 중간에 설치될 수 있다. 출력 기어(1620)는 기어(1652)와 함께 회전하는 출력 샤프트(1662)를 구동하며, 이들 모두는 하우징(1630)과 함께 회전한다. 출력 기어(1610)는 기어(1651)와 함께 회전하는 출력 샤프트(1661)를 구동한다.
베어링(1601, 1602)은, 축(1699)을 중심으로 하는 출력 기어(1610)의 방위각방향 변위(예컨대, 회전)를 허용하면서, 축(1699)에 대한 출력 기어(1610)의 반경방향 및 축방향 변위를 제한하도록 구성된다. 베어링(1603, 1604)은, 축(1699)을 중심으로 하는 출력 기어(1620)의 방위각방향 변위(예컨대, 회전)를 허용하면서, 축(1699)에 대한 출력 기어(1620)의 반경방향 및 축방향 변위를 제한하도록 구성된다. 디퍼렌셜 조립체(1650)는 회전할 수 있는 하우징(1630), 유성 기어(1653), 및 유성 기어(1653)와 맞물리도록 구성되는 기어(1651, 1652)를 포함한다. 기어들(1551, 1552) 각각은 각각의 출력 샤프트(1661, 1662)에 결합하기 위한 스플라인 또는 키를 포함할 수 있다. 디퍼렌셜 조립체(1650)는, 또한, 디퍼렌셜을 로킹 및 로킹해제시키기 위한 액추에이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로킹될 때, 구동 축은 완전히 로킹되고(예컨대, 출력 기어(1610, 1620)가 동일한 속도로 회전함), 로킹해제될 때, 구동 축은 중립 또는 토크 벡터링 모드를 달성할 수 있다. 예시하기 위해, 로킹해제될 때, 유성 기어(1653)는 축(1699)을 중심으로 회전할 수 있고, 기어(1651, 1652)는 상이한 속도로 축(1699)을 중심으로 회전할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예시적인 구동 시스템(1700)의 단면도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 구동 시스템(1700)은 하우징(1730), 모터(1701, 1702), 중간 기어세트(1711, 1721), 출력 기어(1710, 1720), 출력부(1761, 1762), 및 마운트(mount)(1705, 1706)를 포함한다. 예시된 바와 같이, 구동 시스템(1700)은 디퍼렌셜 조립체를 포함하지 않지만, 적합한 디퍼렌셜 조립체가 통합될 수 있거나, 또는 출력 기어(1710, 1720) 및 출력부(1761, 1762)가 통합된 디퍼렌셜 조립체를 갖는 출력 기어로 대체될 수 있다. 모터(1701, 1702)는 각각의 모터 기어를 포함하며, 이는 각각의 중간 기어세트(1711, 1721)와 맞물리고, 이는, 이어서, 각각의 출력 기어(1710, 1720)와 맞물린다. 출력부(1761, 1762)는 연결해제부를 포함하고, 각각의 구동 샤프트와 인터페이싱하도록 스플라인결합된다. 마운트(1705, 1706)는 하우징(1730)을 전기 차량에 부착하고, 체결구, 부싱, 임의의 다른 적합한 구성요소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 클러치 조립체(1770, 1780)는, 각각, 출력 기어(1710)와 출력부(1761)의 결합 및 출력 기어(1720)와 출력부(1762)의 결합을 허용한다. 예시적인 예에서, 도 2 내지 도 16의 예시적인 배열체들 및 구동 시스템들 중 임의의 것은 디퍼렌셜 기능을 제공하기 위해 구동 시스템(1700) 내에 개장되거나 그와 조합될 수 있다. 예시하기 위해, 출력 기어(1710, 1720) 및 임의의 다른 적합한 구성요소는 디퍼렌셜 조립체를 수용하도록 재설계되거나 대체되거나 또는 달리 수정될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 하나 이상의 구동 유닛을 제어하기 위한 제어 시스템을 갖는 예시적인 전기 차량(1800)의 블록도를 도시한다. 전기 차량(1800)은 배터리 팩(1830), 전기 차량 서브시스템(1810), 서스펜션, 및 휠을 포함한다. 전기 차량 서브시스템(1810)은, 예를 들어, 후방 구동 유닛(1812), 전방 구동 유닛(1814), 제어 회로부(1816), 보조 시스템(1818), 입력 인터페이스(1820), 및 임의의 다른 적합한 대응하는 장비를 포함한다. 전기 차량(1800)은 하나의 구동 축(예컨대, 후방 구동 축)에 대응하는 동력 전달 메커니즘(1850)(예컨대, 기어박스, 풀리 시스템, 또는 샤프트 일을 전달하기 위한 다른 메커니즘), 및 다른 구동 축(예컨대, 전방 구동 축)에 대응하는 동력 전달 메커니즘(1860)을 포함한다. 전기 차량(1800)은, 예를 들어, 도 1의 전기 차량(100)과 동일할 수 있으며, 여기에서 전방 구동 유닛(110) 및 후방 구동 유닛(120)은 각각 동력 전달 메커니즘(1860, 1850)에 대응한다. 추가 예에서, 차량(1800)은 동력 전달 메커니즘들(1850, 1860) 중 어느 하나 또는 둘 모두의 일부로서 도 2 내지 도 17의 예시적인 배열체들 및 구동 시스템들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 차량 서브시스템(1810)은, 예를 들어, 도 2 내지 도 17의 예시적인 배열체들 및 구동 시스템들 중 임의의 것의 작동(예컨대, 센서 신호)을 모니터링하는 데, 도 2 내지 도 17의 예시적인 배열체들 및 구동 시스템들 중 임의의 것의 액추에이터(예컨대, 클러치 액추에이터 및/또는 디퍼렌셜 액추에이터)를 제어하는 데, 또는 달리 도 2 내지 도 17의 예시적인 배열체들 및 구동 시스템들 중 임의의 것의 작동을 관리하는 데 사용될 수 있다. 예시하기 위해, 동력 전달 메커니즘들(1850, 1860) 각각은 좌측 하프샤프트에 대응하는 좌측 기어 트레인, 및 우측 하프샤프트에 대응하는 우측 기어 트레인을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로부(1816)는 프로세싱 장비, 메모리, 동력 관리 구성요소, 하나 이상의 구동 유닛(예컨대, 전방 구동 유닛(1814) 및 후방 구동 유닛(1812))을 제어하기 위한 임의의 다른 적합한 구성요소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(1816)는 (예컨대, 배터리 팩(1830)에 저장된 바와 같은 전력을 사용하여) 하나 이상의 구동 유닛의 전기 모터의 위상에 대한 전류 흐름(예컨대, 전류의 양 및 전류 방향)을 제어할 수 있다. 추가 예에서, 제어 회로부(1816)는 하나 이상의 클러치 조립체에 대한 클러치 작동을 (예컨대, 전자기 작동식 클러치를 사용하여) 제어할 수 있다. 추가 예에서, 제어 회로부(1816)는 이중 구동 유닛에서 (예컨대, 전자기 작동식 디퍼렌셜을 사용하여) 디퍼렌셜 작동을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로부(1816)는 하나 이상의 클러치 액추에이터(예컨대, 제1 클러치 액추에이터 및 제2 클러치 액추에이터), 디퍼렌셜 액추에이터, 또는 이들의 조합을 작동 및 작동해제시키도록 구성된다. 예를 들어, 제어 회로부는 (i) 동력 전달 메커니즘(1850, 1860)의 하나 이상의 클러치 액추에이터 또는 둘 모두, (ii) 동력 전달 메커니즘(1850, 1860)의 하나 이상의 디퍼렌셜 액추에이터 또는 둘 모두, 또는 (iii) 이들의 조합에 제어 신호(예컨대, 통신, 전력, 또는 둘 모두)를 제공할 수 있다. 추가 예에서, 제어 신호는 이진(예컨대, DC 전압의 온/오프 적용), 아날로그(예컨대, 제어 신호는 전압 범위, 펄스 폭 변조 또는 펄스 밀도 변조에 기초하여 비례할 수 있음), 발진(예컨대, 그리고 AC 신호 또는 다른 발진 신호), 임의의 다른 적합한 파형 또는 형상(예컨대, 방형파, 톱니파, 삼각파, 정류 정현파), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터는 맞물림 또는 맞물림해제 상태에서 스프링 로딩되거나 달리 편의되고, 차량 서브시스템(1810)으로부터의 전력, 유압 동력, 또는 공압 동력의 인가는 (예컨대, 맞물림 상태로부터 맞물림해제 상태로의, 또는 맞물림해제 상태로부터 맞물림 상태로의) 상태 변화를 야기한다.
일부 실시예에서, 제어 회로부(1816)는 하나 이상의 센서, (예컨대, 구동 유닛의 일부로서 포함되는 센서를 위한) 하나 이상의 센서 인터페이스, 대응하는 배선, 대응하는 신호 조정 구성요소, 구동 유닛의 상태를 감지하기 위한 임의의 다른 적합한 구성요소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(1816)는 속도 센서(예컨대, 회전 인코더), 전류 센서, 전압 센서, 온도 센서, 임의의 다른 적합한 센서, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로부(1816)는 중앙 제어기, 복수의 분산 제어 시스템, 임베디드 시스템, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(1816)는 전자 제어 유닛(electronic control unit, ECU)에 의해 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 추가 예에서, 전기 차량은, ECU에 의해 제어되고 하나 이상의 구동 유닛의 하나 이상의 전기 모터에 대한 전류를 관리하도록 구성되는 동력 전자장치 시스템을 포함할 수 있다. 후방 구동 유닛(1812)은 하프 샤프트, 등속 조인트, 하나 이상의 서스펜션/조향 구성요소, 임의의 다른 적합한 커플링, 또는 이들의 임의의 적합한 조합에 의해 전기 차량의 휠에 결합될 수 있다. 전방 구동 유닛(1814)은 하프 샤프트, 등속 조인트, 하나 이상의 서스펜션/조향 구성요소, 임의의 다른 적합한 커플링, 또는 이들의 임의의 적합한 조합에 의해 전기 차량의 휠에 결합될 수 있다. 예를 들어, 휠은 하프샤프용 베어링을 포함하는 허브에 장착될 수 있으며, 여기에서 허브는 차량 프레임에 장착되는 서스펜션/조향 구성요소에 결합된다(예컨대, 구동 유닛은, 또한, 차량 프레임에 장착됨).
일부 실시예에서, 구동 시스템은, 하나 이상의 클러치 조립체 및 디퍼렌셜 조립체를 각각 포함하는 제1 구동 유닛 및 선택적으로 제2 구동 유닛을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은, 구동 유닛(예컨대, 단일 또는 이중)을 포함하는 것에 더하여, 토크를 전달하거나 모터 작동을 관리하거나 (예컨대, 모터를 발전기로서 사용하여) 재생을 관리하거나 임의의 다른 제어 기능을 수행하거나 또는 이들의 임의의 조합을 행하기 위해 클러치 조립체를 활성화 및 비활성화하도록 구성되는 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 클러치 조립체를 활성화 및 비활성화하는 것은 (예컨대, 제어 회로부를 사용하여) 클러치 조립체의 요소들의 맞물림을 완전히 또는 부분적으로 증가 또는 감소시키는 것을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 클러치 조립체를 활성화하는 것은 클러치를 완전히 로킹시키는 것, 클러치의 어느 정도의 슬립을 허용하는 것, 또는 달리 출력 샤프트들 사이에서 일정량의 토크를 전달하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 유닛은 휠 슬립을 감지하도록 구성되는 (예컨대, 제어 회로부의 센서 인터페이스에 결합되는) 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있고, 제어 회로부는 적어도 하나의 센서로부터 신호를 수신하도록, 휠 슬립이 발생하고 있다는 것을 검출하도록, 그리고 휠 슬립이 발생하고 있다는 것을 검출하는 것에 응답하여 클러치 조립체, 디퍼렌셜 조립체 또는 이들의 조합을 활성화하도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서는 샤프트 속도(예컨대, 인코더에 의해 측정되는 바와 같은 출력 샤프트 속도) 또는 출력 토크(예컨대, 출력 샤프트 토크, 또는 모터 토크)를 검출할 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 시스템은 (예컨대, 사용자가 밟음으로써) 원하는 속도를 나타내도록 구성되는 가속 페달을 포함할 수 있으며, 프로세싱 장비는 가속 페달로부터 신호를 수신할 수 있고, 신호에 기초하여 속도 파라미터를 결정할 수 있으며, 속도 파라미터가 임계치를 초과하는 경우, 하나 이상의 클러치 조립체, 하나 이상의 디퍼렌셜 조립체, 하나 이상의 모터, 또는 이들의 조합을 활성화할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 가속 페달을 "힘껏 밟는"(예컨대, 50% 초과의 요구) 경우, 제어 회로부는 클러치 조립체 및 디퍼렌셜 조립체를 활성화하여 구동 축의 출력 샤프트를 함께 로킹시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로부는 도로 상태(예컨대, 빙판길, 웅덩이, 강풍), 구동 모드(예컨대, 오프로드 모드, 스포츠 모드, 또는 트랙션 모드), 임의의 다른 적합한 기준, 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여 클러치 조립체 또는 디퍼렌셜 조립체를 활성화 및 비활성화할 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 위치에 부착된 하나 이상의 브래킷이 이중 구동 유닛의 2개의 모터, 이중 구동 유닛의 2개의 동력 전달 메커니즘 하우징, 또는 둘 모두를 견고하게 연결하는 데 사용되어, 이중 구동 유닛의 모든 구성요소가 정상 작동 조건 하에서 단일 강체로서 작용하는 것을 보장할 수 있다. 일부 실시예에서, 보스, 탭, 또는 다른 적합한 특징부가 장착을 돕기 위해 하우징 상에 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 구동 유닛이 차량 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 표 2a 및 표 2b는 본 발명에 따른 일부 예시적인 구동 모드를 포함한다. 표 2에 포함된 4가지의 예시적인 구동 모드는 단일 구동 축에 대응하고, (예컨대, 서로 독립적으로 또는 서로 의존하여) 각각의 구동 축에 적용될 수 있다. 예시하기 위해, 토크 벡터링 모드는 완전히 독립적인 휠 권한(wheel authority)을 허용할 수 있고, 하이퍼-마일 모드는 단일 모터가 구동 축을 구동하도록 허용할 수 있으며(예컨대, 2개의 휠로 차등화되는 단일 모터 추진력), 로킹 모드는 어느 하나의 모터의 피크 토크의 2배가 단일 휠(예컨대, 트랙션을 갖는 휠)에 제공되도록 허용하고, 중립 모드는 플랫 토잉(flat towing)을 허용한다(예컨대, 모터에 의해 출력 샤프트에 활성 토크가 제공되지 않음).
[표 2a]
Figure pat00002
[표 2b]
Figure pat00003
일부 실시예에서, 중심 연결해제 디퍼렌셜이 모터 1(예컨대, 좌측 모터는 도 4 내지 도 11, 및 도 13 내지 도 17에 예시된 바와 같음)에 맞물리고, 모터 2(예컨대, 다른 하나의 모터)가 신속하게 맞물려 좌우로 디퍼렌셜 토크를 제공한다. 예를 들어, 이는 하이퍼-마일 모드로부터 토크 벡터링으로의(예컨대, 단일 모터 모드로부터 2-모터 모드로의) 전이를 신속하게 제공하기 위해 사용될 수 있다. 표 2a 및 표 2b에 예시된 바와 같이, 중심 연결해제 디퍼렌셜의 케이싱에 인터페이싱되는 출력 기어(예컨대, 그리고 대응하는 하프샤프트)는 본 명세서에서 "좌측(L)" 또는 "1"로 지칭될 수 있는 한편, 다른 하나의 출력 기어(예컨대, 그리고 대응하는 하프샤프트)는 본 명세서에서 "우측(R)" 또는 "2"로 지칭될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전기 차량 구동 트레인을 관리하기 위한 예시적인 프로세스(1900)의 흐름도이다. 프로세스(1900)는 도 1 내지 도 17에 예시된 것과 같은 임의의 적합한 구동 시스템을 포함할 수 있는 도 18의 전기 차량(1800)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(1816)는 프로세스(1900)를 구현하기 위해 (예컨대, 하나 이상의 구동 축에 대한) 하나 이상의 클러치 액추에이터, (예컨대, 하나 이상의 구동 축에 대한) 하나 이상의 디퍼렌셜 액추에이터를 제어하라는, 하나 이상의 센서로부터 센서 신호를 수신하라는, 참조 정보를 검색하라는, 임의의 다른 적합한 기능을 하라는, 또는 이들의 임의의 조합을 행하라는 컴퓨터 명령어를 실행할 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 시스템은 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장된 컴퓨터 실행가능 명령어를 포함하는 애플리케이션을 구현한다.
단계(1902)에서, 시스템은 하나 이상의 구동 축들 각각에 대한 구동 모드를 결정한다. 일부 실시예에서, 시스템은 (예컨대, 표 2a 및 표 2b에 예시된 구동 모드와 같은) 복수의 구동 모드들 중에서 구동 모드를 선택한다. 시스템은, 토크 명령, 전류 명령, 속도(예컨대, 휠 속도, 샤프트 속도, 기어 속도, 또는 이들의 상대 속도), 에너지 소비 메트릭, 에너지 저장 메트릭(예컨대, 도 18의 배터리 시스템(1830)의 충전 상태), 입력 인터페이스(1820)에서 수신된 사용자 입력, (예컨대, 데이터베이스에 또는 달리 메모리에 저장된) 참조 정보, 임의의 다른 적합한 정보, 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여 구동 모드를 결정할 수 있다. 시스템은 센서 입력, 사용자 입력, 참조 정보, 실행가능 명령어, 논리 명령, 임의의 다른 적합한 정보 또는 명령어, 또는 이들의 임의의 조합을 구현하거나 입력으로서 취할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1902)에서, 시스템은 하나 이상의 센서 신호, 예를 들어 전류 신호(예컨대, DC 버스에서의 전류, 하나 이상의 모터 위상에서의 전류), 전압 신호(예컨대, DC 버스를 가로지르는 전압, 하나 이상의 모터 위상에 걸친 전압), 회전 위치 정보(예컨대, 휠, 샤프트 또는 기어의 각도 위치, 속도 또는 가속도), 배터리 팩 정보(예컨대, 충전 상태, 추정 잔여 배터리 수명, 결함 정보, 사용량 정보, 에너지 소비율), (예컨대, 가속 또는 제동을 위한 운전자 제어식 풋 페달로부터의) 페달 위치 정보, 메모리에 저장된 기준 설정, 임의의 다른 적합한 정보, 또는 이들의 임의의 조합을 입력으로서 취한다. 일부 실시예에서, 시스템은, 사용자가 (예컨대, 돌릴 수 있는 노브, 터치스크린, 푸시 버튼, 음성 명령, 또는 임의의 다른 적합한 입력 유형을 사용하여) 특정 구동 모드를 선택하였다는 것을 나타내는, 입력 인터페이스(1820)로부터의 입력 선택을 수신한다. 일부 실시예에서, 단계(1902)에서, 시스템은 구동 모드를 식별할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 사용자에 의해 선택될 때, 차량이 직선 경로를 따라 이동하고 있을 때, 차량이 구동 축의 둘 모두의 휠에서 일관된 그립력을 가질 때, 최대량 또는 달리 많은 양의 가속이 요구될 때, 또는 임의의 다른 적합한 기준 또는 이들의 조합에 기초하여 완전 로킹 모드를 식별할 수 있다(예컨대, 그리고 단계(1904)로 진행할 수 있음). 추가 예에서, 시스템은 사용자에 의해 선택될 때, 차량이 장거리를 이동하고 있을 때, 차량이 구동 축의 둘 모두의 휠에서 일관된 그립력을 가질 때, 최대량 또는 달리 많은 양의 가속이 요구되지 않을 때, 또는 임의의 다른 적합한 기준 또는 이들의 조합에 기초하여 단일 모터 모드를 식별할 수 있다(예컨대, 그리고 단계(1906)로 진행할 수 있음). 추가 예에서, 시스템은 사용자에 의해 선택될 때, 차량이 오프로드로 이동하고 있을 때, 차량이 구동 축의 둘 모두의 휠에서 일관되지 않은 그립력을 가질 때, 도로 상태가 동적이거나 미끄러울 때, 최대량 또는 달리 많은 양의 가속이 간헐적으로 요구될 때, 탱크 턴(tank turn)이 요구될 때, 또는 임의의 다른 적합한 기준 또는 이들의 조합에 기초하여 토크 벡터링 모드를 식별할 수 있다(예컨대, 그리고 단계(1908)로 진행할 수 있음). 추가 예에서, 시스템은 사용자에 의해 선택될 때, 차량이 장거리를 이동하고 있을 때, 도로 상태가 일관되고 미끄럽지 않을 때, 최대량 또는 달리 많은 양의 가속이 요구되지 않을 때, 또는 임의의 다른 적합한 기준 또는 이들의 조합에 기초하여 중립 모드를 식별할 수 있다(예컨대, 그리고 단계(1910)로 진행할 수 있음).
단계(1904)에서, 시스템은 완전 로킹 모드를 달성한다. 예를 들어, 완전 로킹 모드에서의 구동 축은 둘 모두의 모터에 의해 구동된다(예컨대, 차량은 전륜 구동, 후륜 구동, 또는 둘 모두일 수 있음). 일부 실시예에서, 단계(1906)에서, 시스템은 제1 클러치를 맞물리게 하거나 맞물려지게 하고, 제2 클러치를 맞물리게 하거나 맞물려지게 하며, 디퍼렌셜을 맞물리게 하거나 맞물려지게 하고, 제1 모터, 제2 모터, 또는 둘 모두의 회전을 제어한다. 예를 들어, 시스템은 제1 모터 및 제2 모터 중 어느 하나 또는 둘 모두의 위상에 전류를 인가하여 완전 로킹 출력부에서 토크를 생성할 수 있으며, 이는 둘 모두의 휠을 (예컨대, 반드시 동일한 토크는 아니지만) 동일한 각도 회전으로 구동한다. 예시하기 위해, 제1 클러치, 제2 클러치 및 디퍼렌셜 중 임의의 것은 입력 없이 맞물리도록(예컨대, 정상적으로 맞물림), 입력 없이 맞물림해제되도록(예컨대, 정상적으로 맞물림해제됨), 또는 확정적으로 맞물리거나 맞물림해제되는 데 입력을 요구하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1904)는, 신호를 생성하고 그를 제1 클러치 조립체, 제2 클러치 조립체, 디퍼렌셜 조립체, 또는 이들의 조합의 액추에이터로 전송하는 단계를 포함한다. 예시적인 예에서, 완전 로킹 모드가 도 6 및 도 10에 예시되어 있다.
단계(1906)에서, 시스템은 단일 모터 모드를 달성한다. 예를 들어, 단일 모터 모드에서의 구동 축은 단일 모터에 의해 구동된다(예컨대, 차량은 전륜 구동, 후륜 구동, 또는 둘 모두일 수 있음). 일부 실시예에서, 단계(1906)에서, 시스템은 제1 클러치를 맞물림해제시키거나 맞물림해제되게 하고, 제2 클러치를 맞물림해제시키거나 맞물림해제되게 하며, 디퍼렌셜을 맞물리게 하거나 맞물려지게 하고, 제1 모터의 회전을 제어한다. 예를 들어, 시스템은 제2 모터가 전력 입력 없이 프리휠링하도록 허용할 수 있거나, 모터를 제자리에 기계적으로 로킹시킬 수 있거나, 또는 달리 제2 모터에 상 전류(phase current)를 제공하지 않을 수 있다. 예시하기 위해, 제1 클러치, 제2 클러치 및 디퍼렌셜 중 임의의 것은 입력 없이 맞물리도록(예컨대, 정상적으로 맞물림), 입력 없이 맞물림해제되도록(예컨대, 정상적으로 맞물림해제됨), 또는 확정적으로 맞물리거나 맞물림해제되는 데 입력을 요구하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1906)는, 신호를 생성하고 그를 제1 클러치 조립체, 제2 클러치 조립체, 디퍼렌셜 조립체, 또는 이들의 조합의 액추에이터로 전송하는 단계를 포함한다. 예시적인 예에서, 단일 모터 모드가 도 7 및 도 11에 예시되어 있다.
단계(1908)에서, 시스템은 토크 벡터링 모드를 달성한다. 예를 들어, 토크 벡터링 모드에서의 구동 축은 둘 모두의 휠이 독립적으로 제어되도록 허용한다(예컨대, 차량은 전륜 구동, 후륜 구동, 또는 둘 모두일 수 있음). 일부 실시예에서, 단계(1908)에서, 시스템은 제1 클러치를 맞물리게 하거나 맞물려지게 하고, 제2 클러치를 맞물리게 하거나 맞물려지게 하며, 디퍼렌셜을 맞물림해제시키거나 맞물림해제되게 하고, 제1 모터 및 제2 모터 둘 모두의 회전을 제어한다. 예를 들어, 시스템은 제1 모터 및 제2 모터의 위상에 전류를 제공함으로써 구동 축의 각각의 휠에 동일한 토크, 또는 상이한 토크를 제공할 수 있다. 예시하기 위해, 제1 클러치, 제2 클러치 및 디퍼렌셜 중 임의의 것은 입력 없이 맞물리도록(예컨대, 정상적으로 맞물림), 입력 없이 맞물림해제되도록(예컨대, 정상적으로 맞물림해제됨), 또는 확정적으로 맞물리거나 맞물림해제되는 데 입력을 요구하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1908)는, 신호를 생성하고 그를 제1 클러치 조립체, 제2 클러치 조립체, 디퍼렌셜 조립체, 또는 이들의 조합의 액추에이터로 전송하는 단계를 포함한다. 예시적인 예에서, 토크 벡터링 모드가 도 5 및 도 9에 예시되어 있다.
단계(1910)에서, 시스템은 중립 모드를 달성한다. 예를 들어, 중립 모드에서의 구동 축은 다른 하나의 구동 축에 의해 토잉된다(예컨대, 차량은 전륜 구동 또는 후륜 구동이지만 둘 모두는 아님). 일부 실시예에서, 단계(1910)에서, 시스템은 제1 클러치를 맞물림해제시키거나 맞물림해제되게 하고, 제2 클러치를 맞물림해제시키거나 맞물림해제되게 하며, 디퍼렌셜을 맞물림해제시키거나 맞물림해제되게 한다. 일부 실시예에서, 단계(1910)에서, 시스템은 제1 모터 및 제2 모터 둘 모두가 (예컨대, 전력 입력 없이) 프리휠링하도록 허용한다. 예를 들어, 시스템은 제1 모터 및 제2 모터의 위상에 전류를 제공함으로써 구동 축의 각각의 휠에 동일한 토크, 또는 상이한 토크를 제공할 수 있다. 예시하기 위해, 제1 클러치, 제2 클러치 및 디퍼렌셜 중 임의의 것은 입력 없이 맞물리도록(예컨대, 정상적으로 맞물림), 입력 없이 맞물림해제되도록(예컨대, 정상적으로 맞물림해제됨), 또는 확정적으로 맞물리거나 맞물림해제되는 데 입력을 요구하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1910)는, 신호를 생성하고 그를 제1 클러치 조립체, 제2 클러치 조립체, 디퍼렌셜 조립체, 또는 이들의 조합의 액추에이터로 전송하는 단계를 포함한다.
단계(1912)에서, 시스템은 하나 이상의 구동 축에 대한 구동 모드를 업데이트한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 시스템은 각각의 구동 축에 대한 구동 모드를 업데이트한다. 추가 예에서, 일부 실시예에서, 시스템은 디퍼렌셜 조립체를 갖는 각각의 구동 축에 대한 구동 모드를 업데이트한다. 추가 예에서, 일부 실시예에서, 시스템은 특정 구동 축에 대한 구동 모드를 업데이트한다. 시스템은, 이벤트(예컨대, 작동 파라미터의 변화, 입력 인터페이스에서 수신된 입력)에 응답하여, 작동 파라미터(예컨대, 차량 속도, 샤프트 속도, 기어 속도)에 의존하는 빈도인 미리결정된 빈도로 구동 모드를 업데이트할 수 있다.
예시적인 예에서, 2개의 구동 축(예컨대, 전방 구동 유닛 및 후방 구동 유닛)을 갖는 차량을 참조하면, 여러 차량 모드가 달성가능하다. 예를 들어, 표 3은 표 1과 표 2를 조합함으로써 생성될 수 있는 여러 구성을 보여준다. 표 3의 구성들 중 일부는 출력 기어로부터 출력 샤프트를 결합해제시키기 위한 이중 클러치가 없는 구동 축에 대해 접근할 수 없을 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 구동 유닛은, 어느 구성이 접근가능한지를 좌우하는 특정 배열을 갖고서, 전방 구동 축, 후방 구동 축, 또는 둘 모두에 포함될 수 있다.
[표 3]
Figure pat00004
전방 또는 후방 구동 유닛의 출력 기어들 사이에 디퍼렌셜을 구현하고, 토크 경로를 변화시키기 위한 선택적 클러치를 가짐으로써, 시스템은 단일 모터 및/또는 기어세트로 구동 축의 둘 모두의 휠에 동력을 공급하는 것을 달성할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 단일 모터 모드에서 차량의 전체 주행가능거리의 5% 이상의 개선을 달성할 수 있다. 추가 예에서, 로킹 모드는, 디퍼렌셜을 로킹시킴으로써 휠당 높은 피크 토크를 유지하면서 모터 및 기어박스의 토크 출력을 낮추는 능력을 통해 추가의 5%의 주행가능거리 개선을 허용할 수 있다. 추가 예에서, 중립은 둘 모두의 휠을 연결해제시킴으로써 달성되며, 이는 서비스 또는 (예컨대, 트럭 또는 레저용 차량 뒤에서) 차량을 플랫 토잉하는 데 유리할 수 있다. 본 발명의 구성은 구동 모드의 유연성뿐만 아니라 다른 2개 또는 3개의 모터의 차량 아키텍처에 비해 상당한 주행가능거리 개선을 허용할 수 있다.
전술한 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시하는 것일 뿐이며, 다양한 수정이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 전술된 실시예는 제한이 아닌 예시의 목적으로 제시된다. 본 발명은 또한 본 명세서에 명시적으로 설명된 것 이외의 많은 형태를 취할 수 있다. 따라서, 본 발명은 명시적으로 개시된 방법, 시스템, 및 장치로 제한되는 것이 아니라, 하기의 청구범위의 사상 내에 있는 그에 대한 변형 및 그의 수정을 포함하도록 의도된다는 것이 강조된다.

Claims (20)

  1. 시스템으로서,
    제1 모터에 기초하여 회전하도록 구성되는 제1 출력 기어 - 제1 하프샤프트(halfshaft)가 상기 제1 출력 기어에 기초하여 회전하도록 구성됨 -;
    제2 모터에 기초하여 회전하도록 구성되는 제2 출력 기어 - 제2 하프샤프트가 상기 제2 출력 기어에 기초하여 회전하도록 구성됨 -; 및
    상기 제1 하프샤프트 및 상기 제2 하프샤프트에 결합되고, 상기 제1 출력 기어를 상기 제1 하프샤프트에 연결하고 그로부터 연결해제시키도록 구성되는 중심 연결해제 디퍼렌셜(center disconnecting differential)을 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜은,
    상기 제1 출력 기어를 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜의 케이싱에 연결하도록 추가로 구성되고, 상기 제1 하프샤프트 및 상기 제2 하프샤프트는 상기 제2 출력 기어가 상기 제2 하프샤프트로부터 연결해제되는 동안 상기 제1 출력 기어에 기초하여 회전하도록 구성되는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜은,
    상기 제1 출력 기어를 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜의 케이싱에 연결하도록; 그리고
    상기 제2 출력 기어를 상기 제2 하프샤프트에 대한 제2 사이드 기어에 연결하도록 추가로 구성되고, 상기 제1 하프샤프트 및 상기 제2 하프샤프트는 상기 제2 출력 기어를 상기 제2 사이드 기어에 연결하는 것에 기초하여 회전하도록 구성되는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜은,
    상기 제1 출력 기어를 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜의 케이싱 및 상기 제1 하프샤프트에 대한 제1 사이드 기어에 연결하도록; 그리고
    상기 제2 출력 기어를 상기 제2 하프샤프트에 대한 제2 사이드 기어에 연결하도록 추가로 구성되고, 상기 제1 출력 기어 및 상기 제2 출력 기어는 상기 제1 하프샤프트 및 상기 제2 하프샤프트 중 하나 이상에 대한 토크의 증가를 발생시키는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜은,
    상기 제1 출력 기어를 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜의 케이싱으로부터 맞물림해제시키도록;
    상기 제1 출력 기어를 상기 제1 하프샤프트에 연결하도록; 그리고
    상기 제2 출력 기어를 상기 제2 하프샤프트에 대한 제2 사이드 기어에 연결하도록 추가로 구성되고, 상기 제1 출력 기어 및 상기 제2 출력 기어는 각각의 상기 제1 하프샤프트 및 상기 제2 하프샤프트에 대한 독립적인 토크를 생성하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 출력 기어로부터 상기 제1 하프샤프트로 토크를 전달함으로써 상기 제1 출력 기어를 상기 제1 하프샤프트에 연결하도록 구성되는 제1 클러치 조립체; 및
    상기 제2 출력 기어로부터 상기 제2 하프샤프트로 토크를 전달함으로써 상기 제2 출력 기어를 상기 제2 하프샤프트에 연결하도록 구성되는 제2 클러치 조립체를 추가로 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 출력 기어와 상기 디퍼렌셜 케이싱을 맞물리게 하고 맞물림해제시키도록 구성되는 제1 액추에이터를 추가로 포함하는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    고정 하우징;
    상기 제1 출력 기어와 상기 고정 하우징 사이에 배열되는 제1 베어링;
    상기 제2 출력 기어와 상기 고정 하우징 사이에 배열되는 제2 베어링; 및
    상기 제1 출력 기어와 상기 제2 출력 기어 사이에 배열되는 제3 베어링을 추가로 포함하는, 시스템.
  9. 차량의 구동 시스템으로서,
    제1 모터에 의해 구동되는 제1 출력 기어;
    상기 제1 출력 기어를 제1 휠에 결합된 제1 하프샤프트에 결합시키고 그로부터 결합해제시키도록 구성되는 제1 클러치 조립체;
    제2 모터에 의해 구동되는 제2 출력 기어;
    상기 제2 출력 기어를 제2 휠에 결합된 제2 하프샤프트에 결합시키고 그로부터 결합해제시키도록 구성되는 제2 클러치 조립체; 및
    상기 제1 출력 기어를 상기 제1 출력 샤프트 및 상기 제2 하프샤프트에 결합시키도록 구성되는 중심 연결해제 디퍼렌셜을 포함하는, 구동 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터는 독립적으로 제어되도록 구성되는, 구동 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 제어 회로부를 추가로 포함하며,
    상기 제1 클러치 조립체는 상기 제어 회로부에 결합되는 제1 액추에이터를 포함하고;
    상기 제2 클러치 조립체는 상기 제어 회로부에 결합되는 제2 액추에이터를 포함하며;
    상기 구동 시스템은, 상기 제어 회로부에 결합되고, 상기 제1 출력 기어와 디퍼렌셜 케이싱을 맞물리게 하고 맞물림해제시키도록 구성되는 제3 액추에이터를 포함하고;
    상기 제어 회로부는 상기 제1 액추에이터, 상기 제2 액추에이터 및 상기 제3 액추에이터 각각을 작동 및 작동해제시키도록 구성되는, 구동 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어 회로부는,
    상기 제1 클러치 조립체가 맞물리고, 상기 제2 클러치 조립체가 맞물리며, 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜이 맞물림해제되는 제1 구동 모드를 달성하도록;
    상기 제1 클러치 조립체가 맞물리고, 상기 제2 클러치 조립체가 맞물리며, 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜이 맞물리는 제2 구동 모드를 달성하도록; 그리고
    상기 제1 클러치 조립체가 맞물림해제되고, 상기 제2 클러치 조립체가 맞물림해제되며, 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜이 맞물리는 제3 구동 모드를 달성하도록 구성되는, 구동 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 중심 연결해제 디퍼렌셜은:
    디퍼렌셜 케이싱에 결합되는 스파이더 기어세트(spider gearset);
    상기 제1 하프샤프트에 결합되고 상기 스파이더 기어세트와 맞물리는 제1 사이드 기어;
    상기 제2 하프샤프트에 결합되고 상기 스파이더 기어세트와 맞물리는 제2 사이드 기어;
    상기 제1 사이드 기어와 상기 제1 출력 기어 사이에 배열되는 제1 스러스트 와셔(thrust washer); 및
    상기 제2 사이드 기어와 하우징의 고정 섹션 사이에 배열되는 제2 스러스트 와셔를 포함하는, 구동 시스템.
  14. 구동 축의 구동 모드를 관리하기 위한 방법으로서,
    상기 구동 축의 제1 하프샤프트와 제1 출력 기어를 결합시키는 제1 클러치를 제어하는 단계;
    구동 축의 제2 하프샤프트와 제2 출력 기어를 결합시키는 제2 클러치를 제어하는 단계;
    상기 제1 출력 기어를 상기 제1 하프샤프트 및 상기 제2 하프샤프트에 결합시키도록 구성되는 디퍼렌셜을 제어하는 단계; 및
    상기 제1 출력 기어에 결합된 제1 모터 또는 상기 제2 출력 기어에 결합된 제2 모터 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 구동 축에서 토크 벡터링 모드(torque vectoring mode)를 달성하는 것으로 결정하는 단계; 및
    상기 토크 벡터링 모드를,
    상기 구동 축의 제1 하프샤프트와 제1 출력 기어를 결합시키는 제1 클러치를 맞물리게 함으로써;
    상기 구동 축의 제2 하프샤프트와 제2 출력 기어를 결합시키는 제2 클러치를 맞물리게 함으로써;
    상기 제1 하프샤프트와 상기 제2 하프샤프트를 결합 및 결합해제시키도록 구성되는 디퍼렌셜을 맞물림해제되게 함으로써; 그리고
    상기 제1 모터의 회전 및 상기 제2 모터의 회전을 독립적으로 제어함으로써 달성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 구동 축에서 완전 로킹 구동 모드(fully locked drive mode)를 달성하는 것으로 결정하는 단계; 및
    상기 완전 로킹 구동 모드를,
    상기 제1 클러치를 맞물리게 함으로써;
    상기 제2 클러치를 맞물리게 함으로써; 그리고
    상기 디퍼렌셜을 맞물리게 함으로써 달성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    단일 모터 구동 모드를 달성하는 것으로 결정하는 단계; 및
    상기 단일 모터 구동 모드를,
    상기 제1 클러치를 맞물림해제되게 함으로써;
    상기 제2 클러치를 맞물림해제되게 함으로써;
    상기 디퍼렌셜을 맞물리게 함으로써; 그리고
    상기 제1 모터의 회전을 제어함으로써 달성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제2 모터가 전력 입력 없이 프리휠링(freewheeling)하도록 허용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 구동 축에서 중립 구동 모드를 달성하는 것으로 결정하는 단계; 및
    상기 중립 구동 모드를,
    상기 제1 클러치를 맞물림해제되게 함으로써;
    상기 제2 클러치를 맞물림해제되게 함으로써;
    상기 디퍼렌셜을 맞물림해제되게 함으로써; 그리고
    상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 둘 모두가 전력 입력 없이 프리휠링하도록 허용함으로써 달성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  20. 제14항에 있어서, 속도 센서로부터의 신호, 에너지 소비 메트릭(metric), 사용자 인터페이스에 대한 입력, 상기 제1 모터의 토크 값, 또는 상기 제2 모터의 토크 값 중 적어도 하나에 기초하여 구동 모드를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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