WO2014200283A1 - 대화형 수동 변속기를 갖는 하이브리드 차량 및 이의 제어 방법 - Google Patents

대화형 수동 변속기를 갖는 하이브리드 차량 및 이의 제어 방법 Download PDF

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    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S903/00—Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor
    • Y10S903/93—Conjoint control of different elements

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid vehicle and a control method thereof, and more particularly, to a hybrid vehicle having a manual transmission and a control method thereof.
  • Korean Laid-Open Patent Publication No. 2011-0119330 discloses a transmission apparatus using a differential / planetary gear device instead of a clutch, a control method thereof, and a vehicle using the same.
  • the transmission device without such a clutch causes a gear engagement loss of about 3% due to the use of a differential / planetary gear device, and there is no specific plan for the number of gears to be newly connected when shifting the gear of the manual transmission. have.
  • One object of the present invention is to provide a hybrid vehicle driven by a manual transmission that can minimize energy loss and reduce vehicle manufacturing costs.
  • Another object of the present invention to provide a control method of the hybrid vehicle described above.
  • a hybrid vehicle is disposed between an engine, a drive motor / generator connected to an output shaft of the engine, the engine and the drive motor / generator, and the engine and the A connection portion for transmitting or disconnecting power between the drive motor / generator, and connected to the drive motor / generator to directly adjust the gear ratio without planetary gear or engine clutch according to the drive speed and torque generated by the drive motor / generator and / or the engine.
  • a central control unit connected to the engine, the drive motor / generator, the connection unit, and the manual transmission.
  • the central control unit disconnects a connection disposed between the engine and the driving motor / generator when the vehicle is at a speed lower than a preset speed in order to shift the manual transmission, or when the vehicle is at or above a preset speed.
  • the connection part is connected and the speed of the input shaft of the manual transmission connected to the drive motor / generator is controlled by controlling the drive motor / generator and / or the engine according to the detected position of the manual shift lever.
  • power from the engine may be cut off and the vehicle may be driven by the driving motor / generator.
  • the vehicle when the vehicle is at a predetermined speed or more, the vehicle may be driven by the engine and the driving motor / generator.
  • connection part may include a synchro mesh, a dog clutch, a one-way clutch, an engine clutch, and the like.
  • the hybrid vehicle may further include a shift start switch connected to the central control unit, and the driver may transmit a start signal of a shift operation of the vehicle to the central control unit through the shift start switch.
  • the central control unit may control to reduce torque of the engine and the driving motor / generator according to a start signal of the shift operation.
  • the hybrid vehicle may further include speed sensors installed on an output shaft of the engine, an input shaft of the manual transmission, and an output shaft of the manual transmission.
  • the central controller may inform the driver of a target gear when a gear change of the manual transmission is required.
  • the central controller may issue a warning message to the driver when the driver fails to connect to the target gear.
  • the connection part disposed between the driving motor / generator is disconnected or the connection part is connected when the vehicle is at a predetermined speed or more.
  • the driver's desired gear stage is detected by the position sensor of the manual shift lever.
  • the speed of the input shaft of the manual transmission connected to the drive motor / generator is controlled by controlling the drive motor / generator and / or the engine according to the detected gear stage.
  • the gear of the manual transmission is changed to the target gear.
  • the controlling of the drive motor / generator and / or the engine may include: shutting off power from the engine when the vehicle is below a preset speed from the stationary state of the vehicle and stopping the power from the engine; And driving the generator, and driving the driving motor / generator and the engine when the vehicle is at or above a preset speed.
  • connection part may include a synchro mesh, a dog clutch, a one-way clutch, an engine clutch, and the like.
  • the method may further include the step of the driver inputting a start signal of a shift operation of the vehicle through a shift start switch.
  • the method may further include controlling to reduce torque of the engine and the drive motor / generator according to a start signal of the shift operation.
  • the hybrid vehicle driven by the manual transmission according to the invention configured as described above has no planetary gear causing 3% of power loss, and introduces a connection that can disconnect the engine from the driving unit to prevent the engine from shutting down.
  • the engine When the engine is connected to the drive unit it can play a role by the simultaneous control of the drive motor / generator and the engine. That is, when the driver wants to connect to the new transmission gear of the manual transmission, the driver moves the shift lever and detects the position by using the position sensor, and informs the central control unit of the gear stage to be newly connected to the engine and the driving motor / generator. Simultaneous control of the new gear stages can be achieved smoothly by adjusting the engagement speed of the synchronization device (e.g. synchronized mesh) to be connected.
  • the synchronization device e.g. synchronized mesh
  • the loss of energy by the transmission is minimized, and the drive motor / generator is located in front of the transmission, so that the drive motor / generator is operated under optimum conditions even when operating in an electric mode, thereby reducing energy loss. Can be minimized. And by removing the planetary gear which is a problem when using the existing gear transmission it can perform a smooth shift operation while minimizing energy loss.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a hybrid vehicle according to example embodiments.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a control method of a hybrid vehicle according to exemplary embodiments.
  • FIG 3 is a view illustrating a portion of a shift lever device connected to a manual transmission according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a shift guide used in the shift lever device of FIG. 3.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a hybrid vehicle according to example embodiments.
  • a hybrid vehicle 1 includes an engine 10, a driving motor / generator 20, a connection part 30 disposed between the engine 10 and the driving motor / generator 20, a driving motor / generator.
  • the manual transmission 40 connected to the 20, and the engine 10, the drive motor / generator 20, the connection portion 30 and the central control unit 60 connected to the manual transmission 40 may be included.
  • engine 10 may be driven by gas, gasoline or diesel.
  • the engine 10 may be started by the starter motor 12.
  • the drive motor / generator 20 may be driven by the current of a power storage device (not shown).
  • the driving motor / generator 20 may generate power when braking is required or when stored power is insufficient.
  • connection part 30 may be interposed between the engine 10 and the driving motor / generator 20 to transmit or block power between the engine 10 and the driving motor / generator 20.
  • the connection unit 30 may include a connection device such as a synchronized mesh, a dog clutch, a one-way clutch, an engine clutch, or the like.
  • the manual transmission 40 may be connected to the driving motor / generator 20 to vary the gear ratio according to the driving speed and torque generated by the driving motor / generator 20 and / or the engine 10. Accordingly, the manual transmission 40 may synthesize the power input from the engine 10 and / or the drive motor / generator 20 and output the synthesized power to the tire wheel 55 via the differential device 50. .
  • the power train of the hybrid vehicle 1 may have at least two driving modes depending on the connection state of the connection 30. That is, in a state in which the connection part 30 is separated (disconnected), the engine 10 is in an electric mode that is separated and driven only by the drive motor / generator 20, and in a state in which the connection part 30 is connected (coupled), the engine There is an engine turbo mode in which both the 10 and the drive motor / generator 20 are driven, and there is an engine mode in which the drive motor / generator 20 is operated as a generator.
  • a power generation mode in which the vehicle does not travel but the engine 10 turns the drive motor / generator 20 to generate power, and the engine 10 does not contribute to power, and the drive motor / generator 20 performs regenerative braking.
  • the central controller 60 may control the overall behavior of the hybrid vehicle by collecting and analyzing information input through the network.
  • the central control unit 60 may be connected to the engine 10, the drive motor / generator 20, the connection unit 30, and the manual transmission 40 through a network to perform shift control of the hybrid vehicle 1.
  • the central controller 60 may be connected to various sensors to collect information necessary for changing the shift of the vehicle speed.
  • the sensors may include an engine speed sensor 70 detecting a rotation speed of the engine 10, a transmission input rotation sensor 72 and a manual transmission 40 detecting a rotation speed of an input shaft of the manual transmission 40.
  • a transmission output rotation sensor 74 and the like for detecting the rotational speed of the output shaft of the.
  • the hybrid vehicle 1 may further include a shift start switch 62 connected to the central control unit 60.
  • the driver can transmit the start signal of the shift operation of the vehicle 1 to the central control unit 60 by pressing the shift start switch 62.
  • the shift start switch 62 may include a gear up switch 64 (see FIG. 3) and a gear down switch 66 (see FIG. 3). Therefore, the driver can start the shift operation to increase the gear stage by pressing the gear up switch 64 or the shift operation to decrease the gear stage by playing the gear down switch 66.
  • the central controller 60 may receive not only a start signal of the shift operation, but also driving information such as displacement of an accelerator pedal and a brake pedal on / off.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a control method of a hybrid vehicle according to exemplary embodiments.
  • 3 is a view illustrating a portion of a shift lever device connected to a manual transmission according to an embodiment
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a shift guide used in the shift lever device of FIG. 3.
  • the central controller 60 may inform the driver that the shift is necessary through the vehicle speed and the driving information.
  • the driver can transmit the start signal of the shift operation of the vehicle 1 to the central control unit 60 via the shift start switch 62.
  • the driver plays a shift operation of increasing or decreasing the gear stage by playing the gear up switch 64 or the gear down switch 66 of the shift start switch 62 installed in the shift lever 42. May be initiated.
  • the central controller 60 After receiving the shift start signal from the shift start switch 62, the central controller 60 compares the speed of the vehicle with a preset speed and connects the connection part 30 interposed between the engine 10 and the driving motor / generator 20. ) Can be determined whether or not (S20). In addition, after receiving the shift start signal, the central controller 60 may control to relax the power of the engine 10 and the power of the drive motor / generator 20.
  • connection part 30 disposed between the engine 10 and the driving motor / generator 20 may be separated (S30).
  • a slow speed for example, 5 km / h or less
  • the connection part 30 is disconnected to cut off power from the engine 10, and the driving motor / generator Only 20 will move the vehicle.
  • the position sensor 80 may detect the position of the shift lever 42 and transmit it to the central controller 60 (S40).
  • the position sensor 80 detects the position of the shift lever 42 and notifies the central control unit 60.
  • the position sensor 80 may include a plurality of Hall sensors installed at each position of the shift guide 44 corresponding to the shift position of the shift lever 42.
  • the hall sensors are a combination of specific pulse signals generated by a change in the position of the shift lever 42 (for example, a combination of first to fourth pulses). By recognizing the position of the shift lever 42 can be detected.
  • the position sensor 80 includes a hall sensor, it will be understood that other sensors capable of detecting the position of the shift lever 42 may be used.
  • the central controller 60 controls the drive motor / generator 20 to adjust the speed of the input shaft of the manual transmission 40 connected to the drive motor / generator 20 (S50), and the driver finishes the manual gear operation. By changing the gear of the manual transmission 40 to the target gear (S60).
  • the central control unit 60 may adjust the drive motor / generator 20 to synchronize the gear to be connected. If synchronization is made, the driver is notified and the driver can push the shift lever 42 to complete the gear connection.
  • connection unit 30 disposed between the engine 10 and the driving motor / generator 20 may be connected (S32). At this time, when the engine 10 is off, the engine 10 can be started and operated first. For example, in order to connect the connection part 30, the driver moves the shift lever 42 to the neutral position and adjusts the speed of the drive motor / generator 20 to adjust the engagement speed of the connection part 30. It can be done smoothly.
  • the driver presses the shift start switch 62 to notify the central control unit 60, and the central control unit 60 relaxes the torque of the engine 10 and informs the driver of the target gear, and the driver shifts.
  • the position sensor 80 may detect the position of the shift lever 42 and transmit it to the central control unit 60 (S42).
  • the central controller 60 simultaneously controls the driving motor / generator 20 and the engine 10 (S52), and the driver finishes the manual gear operation to complete the change of the gear of the manual transmission 40 to the target gear. It may be (S62). At this time, when the driver fails to connect to the target gear, the central control unit 60 may issue a warning message to the driver.
  • the vehicle speed is increased to a certain level or more by the electric mode, and then, if shifting is required, the shift start switch 62 is manually performed.
  • the shift start signal can be transmitted to the central control unit 60 by operating. After receiving the shift start signal, the central controller 60 may relax the power of the engine 10 and the power of the driving motor / generator 20.
  • the position sensor 80 detects the position and informs the central control unit 60, and the central control unit 60 transmits the engine ( 10) and / or control the power of the drive motor / generator 20 to adjust the speed of the input shaft of the manual transmission 40 to suit the target gear mesh to be newly connected and the driver to mesh the new target gearbox.
  • the engine 10 may be connected to the driving unit, and the central control unit 60 may simultaneously control the driving motor / generator 20 and the engine 10 to adjust the engagement speed of the new transmission gear. If the driver is notified of the number of gears to be engaged, the driver will operate the manual gears with the correct gears.
  • a coupling device such as a synchro mesh, a dog clutch, a one-way clutch, an engine clutch, etc. is introduced to separate / connect the engine 10 from the driving unit, but the role is completely different from the existing engine clutch.
  • Existing engine clutch is to alleviate the impact when engaging the new transmission gear
  • the connection portion in the present invention is to separate the engine from the drive when the engine is not used, when used when driving the vehicle You can fully understand the difference between and the number of times.
  • the hybrid vehicle driven by the manual transmission is free of planetary gears that cause 3% power loss and has a connection that can disconnect the engine from the drive to prevent the engine from turning off at low speeds.
  • the engine may perform its role by simultaneous control of the drive motor / generator and the engine. That is, when connecting to a new transmission gear of the manual transmission, by simultaneously controlling the engine and the drive motor / generator to match the engagement speed of the synchronization device of the two gears it is possible to smoothly connect the new gear stage.
  • the loss of energy by the transmission is minimized, and the drive motor / generator is located in front of the transmission, so that the drive motor / generator is operated under optimum conditions even when operating in an electric mode, thereby reducing energy loss. Can be minimized. And by removing the planetary gear which is a problem when using the existing gear transmission it can perform a smooth shift operation while minimizing energy loss.

Landscapes

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Abstract

하이브리드 차량은 엔진, 상기 엔진의 출력축과 연결되는 구동모터/발전기, 상기 엔진 및 상기 구동모터/발전기 사이에 배치되어 상기 엔진과 상기 구동모터/발전기 사이에 동력을 전달 또는 차단하는 연결부, 상기 구동모터/발전기에 연결되어 상기 구동모터/발전기 및/또는 상기 엔진에서 생성된 구동 속도와 토크에 따라 기어비를 가변시키는 수동 변속기, 수동 변속 레버의 위치 또는 이동방향을 검출하는 센서, 및 상기 엔진, 상기 구동모터/발전기, 상기 연결부 및 상기 수동 변속기에 연결되는 중앙 제어부를 포함한다. 상기 중앙 제어부는 상기 수동 변속기의 변속을 수행하기 위하여, 상기 차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는 엔진과 구동모터/발전기 사이에 배치된 연결부를 분리시키거나 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는 상기 연결부를 연결시키고, 상기 검출된 수동 변속 레버의 위치에 따라 상기 구동모터/발전기 및/또는 상기 엔진을 제어하여 상기 구동모터/발전기에 연결된 상기 수동 변속기의 입력축의 속도를 조절한다.

Description

대화형 수동 변속기를 갖는 하이브리드 차량 및 이의 제어 방법
본 발명은 하이브리드 차량 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수동 변속기를 갖는 하이브리드 차량 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
한국공개특허공보 제2011-0119330호에는, 클러치를 대신하여 차동/유성기어장치를 사용한 변속 장치 및 그 제어 방법과 이를 이용하는 차량이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 클러치를 구비하지 않는 변속 장치는, 차동/유성기어장치를 사용하므로 3% 정도의 기어 맞물림 손실을 야기하고, 수동 변속기의 기어 변속 시, 새로이 접속할 기어 단수에 대한 구체적인 방안이 없는 문제점이 있다.
본 발명의 일 목적은 에너지의 손실을 최소화하고 차량 제작 비용을 절감할 수 있는 수동 변속기로 구동되는 하이브리드 차량을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위해 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 차량은 엔진, 상기 엔진의 출력축과 연결되는 구동모터/발전기, 상기 엔진 및 상기 구동모터/발전기 사이에 배치되어 상기 엔진과 상기 구동모터/발전기 사이에 동력을 전달 또는 차단하는 연결부, 상기 구동모터/발전기에 연결되어 상기 구동모터/발전기 및/또는 상기 엔진에서 생성된 구동 속도와 토크에 따라 기어비를 유성 기어나 엔진 클러치 없이 직접 가변시키는 수동 변속기, 수동 변속 레버의 위치를 검출하는 위치 센서, 및 상기 엔진, 상기 구동모터/발전기, 상기 연결부 및 상기 수동 변속기에 연결되는 중앙 제어부를 포함한다. 상기 중앙 제어부는 상기 수동 변속기의 변속을 수행하기 위하여, 상기 차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는 엔진과 구동모터/발전기 사이에 배치된 연결부를 분리시키거나 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는 상기 연결부를 연결시키고, 상기 검출된 수동 변속 레버의 위치에 따라 상기 구동모터/발전기 및/또는 상기 엔진을 제어하여 상기 구동모터/발전기에 연결된 상기 수동 변속기의 입력축의 속도를 조절한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는, 상기 엔진으로부터의 동력이 차단되고 상기 차량은 상기 구동모터/발전기에 의해 구동될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는, 상기 차량은 상기 엔진 및 상기 구동모터/발전기에 의해 구동될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 연결부는 싱크로메쉬, 도그 클러치, 원웨이 클러치, 엔진 클러치 등을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 하이브리드 차량은 상기 중앙 제어부에 연결된 변속 개시 스위치를 더 포함하고, 운전자는 상기 변속 개시 스위치를 통해 상기 차량의 변속 작업의 개시 신호를 상기 중앙 제어부에 송신할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중앙 제어부는 상기 변속 작업의 개시 신호에 따라 상기 엔진 및 상기 구동모터/발전기의 토크를 감소시키도록 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 하이브리드 차량은 상기 엔진의 출력축, 상기 수동 변속기의 입력축 및 상기 수동 변속기의 출력축에 각각 설치된 속도 센서들을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중앙 제어부는 상기 수동 변속기의 기어 변경이 필요할 시에 운전자에게 목표 기어를 알려줄 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중앙 제어부는 운전자가 상기 목표 기어로 접속하지 못한 경우에 운전자에게 경고 메시지를 발령할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법에 있어서, 차량 내의 수동 변속기의 변속을 수행하기 위하여, 상기 차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는 엔진과 구동모터/발전기 사이에 배치된 연결부를 분리시키거나 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는 상기 연결부를 연결시킨다. 수동 변속 레버의 위치 센서를 통해 운전자의 희망 기어 단수를 검출한다. 상기 검출된 기어 단수에 따라 상기 구동모터/발전기 및/또는 상기 엔진을 제어하여 상기 구동모터/발전기에 연결된 상기 수동 변속기의 입력축의 속도를 조절한다. 상기 수동 변속기의 기어를 목표 기어로 변경한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구동모터/발전기 및/또는 상기 엔진을 제어하는 단계는, 상기 차량이 정지 상태로부터 상기 차량이 기 설정된 속도 이하인 경우에는 상기 엔진으로부터의 동력을 차단시키고 상기 구동모터/발전기를 구동시키는 단계, 및 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는 상기 구동모터/발전기 및 상기 엔진을 구동시키는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 연결부는 싱크로메쉬, 도그 클러치, 원웨이 클러치, 엔진 클러치 등을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상기 하이브리드 차량의 제어 방법은 운전자가 변속 개시 스위치를 통해 상기 차량의 변속 작업의 개시 신호를 입력시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상기 변속 작업의 개시 신호에 따라 상기 엔진 및 상기 구동모터/발전기의 토크를 감소시키도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 발명에 따른 수동 변속기로 구동되는 하이브리드 차량은 3%의 동력손실을 야기하는 유성기어가 없으며, 정지 상태에서의 엔진 꺼짐을 막기 위하여 엔진을 구동부로부터 단절시킬 수 있는 연결부를 도입하며, 상기 엔진이 구동부에 연결된 경우에는 구동모터/발전기와 상기 엔진의 동시 제어에 의하여 그 역할을 수행할 수 있다. 즉, 수동 변속기의 새로운 변속 기어로 연결하고자 할 때, 운전자가 변속 레버를 이동시키고 그 위치를 위치 센서를 이용하여 검출하여 새로 연결할 변속 기어 단수를 중앙 제어부에 알려주어 상기 엔진과 상기 구동모터/발전기를 동시 제어하여 연결할 동기화장치(예를 들면, 싱크로메쉬)의 맞물림 속도를 맞추어 줌으로써 새로운 기어 단수의 연결을 부드럽게 수행할 수 있다.
또한, 수동 변속기를 사용함으로써, 변속기에 의한 에너지의 손실을 최소화하고, 상기 구동모터/발전기가 변속기 앞에 위치함으로써, 전기 모드로 운행 시에도 상기 구동모터/발전기가 최적 상황에서 운전되도록 하여 에너지 손실을 최소화 할 수 있다. 그리고 기존의 기어변속기를 사용하였을 때의 문제점인 유성기어를 제거함으로써 에너지 손실을 최소화하면서도 부드러운 변속 조작을 수행할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 차량을 나타내는 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 수동 변속기에 연결된 변속 레버 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 변속 레버 장치에 사용되는 변속 가이드를 나타내는 평면도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 차량을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 차량(1)은 엔진(10), 구동모터/발전기(20), 엔진(10) 및 구동모터/발전기(20) 사이에 배치된 연결부(30), 구동모터/발전기(20)에 연결된 수동 변속기(40), 및 엔진(10), 구동모터/발전기(20), 연결부(30) 및 수동 변속기(40)에 연결된 중앙 제어부(60)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 엔진(10)은 가스, 가솔린 또는 경유로 구동될 수 있다. 엔진(10)은 시동 모터(12)에 의해 시동될 수 있다. 구동모터/발전기(20)는 전력 저장 장치(도시되지 않음)의 전류에 의해 구동될 수 있다. 여기서, 구동모터/발전기(20)는 제동이 필요하거나 저장된 전력이 부족할 때 발전을 할 수 있다.
또한, 연결부(30)는 엔진(10) 및 구동모터/발전기(20) 사이에 개재되어 엔진(10) 및 구동모터/발전기(20) 사이에 동력 전달 또는 차단할 수 있다. 예를 들면, 연결부(30)는 싱크로메쉬, 도그 클러치, 원웨이 클러치, 엔진 클러치 등과 같은 연결 장치를 포함할 수 있다.
수동 변속기(40)는 구동모터/발전기(20)에 연결되어 구동모터/발전기(20) 및/또는 엔진(10)에서 생성된 구동 속도와 토크에 따라 기어비를 가변시킬 수 있다. 따라서, 수동 변속기(40)는 엔진(10) 및/또는 구동모터/발전기(20)로부터 입력되는 동력을 합성하여 합성된 동력을 차동 장치(50)를 거쳐 타이어 휠(55)로 출력할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 하이브리드 차량(1)의 파워 트레인은 연결부(30)의 연결 상태에 따라 적어도 2개의 주행 모드들을 가질 수 있다. 즉, 연결부(30)가 분리(해제)된 상태에서, 엔진(10)은 분리되고 구동모터/발전기(20)만으로 구동되는 전기 모드이고, 연결부(30)가 연결(결합)된 상태에서, 엔진(10) 및 구동모터/발전기(20) 모두가 구동되는 엔진 터보 모드가 있으며, 구동모터/발전기(20)가 발전기로서 작동되는 엔진 모드가 있다. 또한, 차량이 주행하지 않으나 엔진(10)이 구동모터/발전기(20)를 돌려 발전하는 발전 모드, 및 엔진(10)은 동력에 기여를 하지 않고 구동모터/발전기(20)가 회생 제동을 하는 회생 모드가 있을 수 있다.
중앙 제어부(60)는 네트워크를 통해 입력된 정보를 수집 분석하여 하이브리드 차량의 전반적인 거동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 중앙 제어부(60)는 네트워크를 통해 엔진(10), 구동모터/발전기(20), 연결부(30) 및 수동 변속기(40)에 연결되어 하이브리드 차량(1)의 변속 제어를 수행할 수 있다. 중앙 제어부(60)는 다양한 센서들에 연결되어 차속에 대한 변속 변경에 필요한 정보를 수집할 수 있다. 예를 들면, 상기 센서들은 엔진(10)의 회전 속도를 검출하는 엔진 속도 센서(70), 수동 변속기(40)의 입력축의 회전 속도를 검출하는 변속기 입력 회전 센서(72) 및 수동 변속기(40)의 출력축의 회전 속도를 검출하는 변속기 출력 회전 센서(74) 등을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 하이브리드 차량(1)은 중앙 제어부(60)에 연결된 변속 개시 스위치(62)를 더 포함할 수 있다. 운전자는 변속 개시 스위치(62)를 눌러 차량(1)의 변속 작업의 개시 신호를 중앙 제어부(60)에 송신할 수 있다. 예를 들면, 변속 개시 스위치(62)는 기어 업(UP) 스위치(64, 도 3 참조) 및 기어 다운(DOWN) 스위치(66, 도 3 참조)를 포함할 수 있다. 따라서, 운전자는 기어 업 스위치(64)를 눌러 기어 단수를 증가시키는 변속 작업을 개시하거나 기어 다운 스위치(66)를 놀러 기어 단수를 감소시키는 변속 작업을 개시할 수 있다. 또한, 중앙 제어부(60)는 상기 변속 작업의 개시 신호뿐만 아니라 운전자가 작동시키는 가속페달의 변위, 브레이크 페달의 온/오프 등과 같은 운전 정보를 수신할 수 있다.
이하에서는, 도 1의 하이브리드 차량의 변속 제어 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 수동 변속기에 연결된 변속 레버 장치의 일부를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 변속 레버 장치에 사용되는 변속 가이드를 나타내는 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 우선 시동된 차량에서 수동 변속기(40)의 변속단의 변경이 필요한지 여부를 판단할 수 있다(S10).
예를 들면, 중앙 제어부(60)는 차속 및 운전 정보 등을 통해 변속이 필요함을 운전자에게 알려줄 수 있다. 운전자는 변속 개시 스위치(62)를 통해 차량(1)의 변속 작업의 개시 신호를 중앙 제어부(60)에 송신할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 운전자는 변속 레버(42)에 설치된 변속 개시 스위치(62)의 기어 업 스위치(64) 또는 기어 다운 스위치(66)를 놀러 기어 단수를 증가시키거나 감소시키는 변속 작업을 개시할 수 있다.
중앙 제어부(60)는 변속 개시 스위치(62)로부터 변속 개시 신호를 수신한 후, 차량의 속도를 기 설정된 속도와 비교하여 엔진(10) 및 구동모터/발전기(20) 사이에 개재된 연결부(30)의 분리 여부를 결정할 수 있다(S20). 또한, 중앙 제어부(60)는 상기 변속 개시 신호를 수신한 후에, 엔진(10)의 동력과 구동모터/발전기(20)의 동력을 완화시키도록 제어할 수 있다.
차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는 엔진(10)과 구동모터/발전기(20) 사이에 배치된 연결부(30)를 분리시킬 수 있다(S30). 차량이 정지하거나 느린 속도(예를 들면, 5km/h 이하)로 움직일 때에는 엔진(10)을 사용하지 않으므로 연결부(30)를 분리시켜 엔진(10)으로부터의 동력을 차단시키게 되고, 구동모터/발전기(20)만으로 차량을 움직이게 된다.
이어서, 운전자가 특정 기어단으로 변속 레버(42)를 움직이면 위치 센서(80)가 변속 레버(42)의 위치를 검출하여 중앙 제어부(60)에 전달할 수 있다(S40).
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 운전자가 희망 기어 단수로 수동 변속 레버(42)를 이동시키면, 위치 센서(80)는 변속 레버(42)의 위치를 검출하여 중앙 제어부(60)에 통보하여 줄 수 있다. 일 실시예에 있어서, 위치 센서(80)는 변속 레버(42)의 이동 위치에 대응하여 변속 가이드(44)의 각 위치에 설치된 다수개의 홀센서들을 포함할 수 있다. 운전자가 희망하는 기어 단수로 변속 레버(42)를 이동시키면, 상기 홀센서들은 변속 레버(42)의 위치 변화에 따라 발생하는 특정 펄스 신호들의 조합(예를 들면, 제1 내지 제4 펄스들의 조합)을 인식하여 변속 레버(42)의 위치를 검출할 수 있다. 본 실시예에 따른 위치 센서(80)는 홀센서를 포함하지만, 변속 레버(42)의 위치를 검출할 수 있는 다른 방식의 센서가 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이후, 중앙 제어부(60)는 구동모터/발전기(20)를 제어하여 구동모터/발전기(20)에 연결된 수동 변속기(40)의 입력축의 속도를 조절하고(S50), 운전자는 수동 기어 조작을 마무리하여 수동 변속기(40)의 기어를 목표 기어로 변경할 수 있다(S60).
예를 들면, 운전자가 새로운 기어 단수로 변속 레버(42)를 옮겨 기어 연결을 하고자 할 때, 아직 동기화가 되지 않았기 때문에 기어 연결은 되지 않으며, 그 상태에서, 레버 위치를 센서가 검출하여 중앙 제어부(60)에 통보하여주면, 중앙 제어부(60)는 구동모터/발전기(20)를 조절하여 연결될 기어를 동기화시킬 수 있다. 동기화가 이루어지면 운전자에게 통보하여주고 운전자는 변속 레버(42)를 밀어 넣어 기어 연결을 완료할 수 있다.
차량이 기 설정된 속도 이상이면 엔진(10)과 구동모터/발전기(20) 사이에 배치된 연결부(30)를 연결시킬 수 있다(S32). 이 때, 엔진(10)이 꺼져 있는 경우에는 엔진(10)을 먼저 시동하여 작동시킬 수 있다. 예를 들면, 연결부(30)를 연결시키기 위해서, 운전자가 변속 레버(42)를 중립 위치로 이동시키고, 구동모터/발전기(20)의 속도를 조절하여 연결부(30)의 맞물림 속도를 맞추어 연결을 부드럽게 수행할 수 있다.
기어 단수를 올리기 위하여, 운전자는 변속 개시 스위치(62)를 눌러 중앙 제어부(60)에 통보하면, 중앙 제어부(60)는 엔진(10)의 토크를 완화시키고 운전자에게 목표 기어를 알려주고, 운전자가 변속 레버(42)를 새로운 기어 단수 위치로 옮기면, 위치 센서(80)가 변속 레버(42)의 위치를 검출하여 중앙 제어부(60)에 전달할 수 있다(S42).
이후, 중앙 제어부(60)는 구동모터/발전기(20) 및 엔진(10)을 동시에 제어하고(S52), 운전자는 수동 기어 조작을 마무리하여 수동 변속기(40)의 기어를 목표 기어로 변경을 완료할 수 있다(S62). 이 때, 운전자가 상기 목표 기어로 접속하지 못한 경우에, 중앙 제어부(60)는 운전자에게 경고 메시지를 발령할 수 있다.
하이브리드 차량(1)의 작동 과정을 살펴보면, 차량이 정지 상태에 있을 때, 전기 모드에 의하여 차량의 속도를 어느 수준 이상으로 올리게 되고, 이 후, 변속이 필요하면, 수동으로 변속 개시 스위치(62)를 작동시켜 중앙 제어부(60)에 변속 개시 신호를 송신할 수 있다. 중앙 제어부(60)는 상기 변속 개시 신호를 받은 후에, 엔진(10)의 동력과 구동모터/발전기(20)의 동력을 완화시킬 수 있다. 이어서, 운전자는 연결되어 있는 수동 변속기(40)의 변속 기어를 수동으로 새로운 기어 단수로 옮기고 있으면 그 위치를 위치 센서(80)가 검출하여 중앙 제어부(60)에게 알려주고, 중앙 제어부(60)는 엔진(10) 및/또는 구동모터/발전기(20)의 동력을 제어하여 새로 연결될 목표 기어 맞물림에 알맞게 수동 변속기(40)의 입력축의 속도를 조절하고 운전자는 새로운 목표 변속기어를 맞물림 시키게 된다.
상술한 바와 같이, 유성기어를 사용하지 않음으로써, 차량이 정지하거나 아주 느린 속도로 움직일 때는 엔진(10)의 꺼짐을 막기 위하여 엔진(10)을 구동부로부터 단절시키고 구동모터/발전기(20)만으로 차량을 움직여야 된다.
차량의 속도가 어느 수준 이상이면 엔진(10)이 구동부에 연결될 수 있으며 중앙 제어부(60)는 구동모터/발전기(20)와 엔진(10)을 동시 제어하여 새로운 변속 기어의 맞물림 속도를 맞추어 준다. 그리고 맞물릴 기어 단수를 운전자에게 알려 주면 운전자는 올바른 기어단수로 수동 기어 조작을 하게 된다.
필요에 따라 엔진(10)을 구동부로부터 분리/연결시키기 위하여 싱크로메쉬, 도그 클러치, 원웨이 크러치, 엔진 클러치 등과 같은 연결 장치가 도입되나 기존의 엔진 클러치와는 역할이 완전히 다르다. 기존의 엔진 클러치는 새로운 변속기어를 맞물릴 때의 충격을 완화하기 위한 것이고, 본 발명에서의 연결부는 엔진을 사용하지 않을 때, 엔진을 구동부로부터 분리시키기 위한 것으로, 차량을 운행할 때 사용되는 시기와 횟수가 현저하게 다름을 충분히 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 수동 변속기로 구동되는 하이브리드 차량은 3%의 동력손실을 야기하는 유성기어가 없으며, 저속에서의 엔진 꺼짐을 막기 위하여 엔진을 구동부로부터 단절시킬 수 있는 연결부를 도입하며, 상기 엔진이 구동부에 연결된 경우에는 구동모터/발전기와 상기 엔진의 동시 제어에 의하여 그 역할을 수행할 수 있다. 즉, 수동 변속기의 새로운 변속 기어로 연결하고자 할 때, 상기 엔진과 상기 구동모터/발전기를 동시 제어하여 두 기어의 동기화 장치의 맞물림 속도를 맞추어 줌으로써 새로운 기어 단수의 연결을 부드럽게 수행할 수 있다.
또한, 수동 변속기를 사용함으로써, 변속기에 의한 에너지의 손실을 최소화하고, 상기 구동모터/발전기가 변속기 앞에 위치함으로써, 전기 모드로 운행 시에도 상기 구동모터/발전기가 최적 상황에서 운전되도록 하여 에너지 손실을 최소화 할 수 있다. 그리고 기존의 기어변속기를 사용하였을 때의 문제점인 유성기어를 제거함으로써 에너지 손실을 최소화하면서도 부드러운 변속 조작을 수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 엔진;
    상기 엔진의 출력축과 연결되는 구동모터/발전기;
    상기 엔진 및 상기 구동모터/발전기 사이에 배치되어, 상기 엔진이 정지하고 있을 때에는 상기 엔진을 상기 구동모터/발전기로부터 분리시키고 상기 엔진이 작동될 때에는 상기 엔진을 상기 구동모터/발전기에 연결시키는 연결부;
    상기 구동모터/발전기에 연결되어 상기 구동모터/발전기 및/또는 상기 엔진에서 생성된 구동 속도와 토크에 따라 기어비를 엔진 클러치없이 직접 가변시키는 수동 변속기;
    수동 변속 레버의 위치 또는 이동방향을 검출하는 위치 센서; 및
    상기 엔진, 상기 구동모터/발전기, 상기 연결부 및 상기 수동 변속기에 연결되고, 상기 수동 변속기의 변속을 수행하기 위하여, 상기 차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는 엔진과 구동모터/발전기 사이에 배치된 연결부를 분리시키거나 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는 상기 연결부를 연결시키고, 상기 검출된 수동 변속 레버의 위치 또는 이동방향에 따라 상기 구동모터/발전기 및/또는 상기 엔진을 제어하여 상기 구동모터/발전기에 연결된 상기 수동 변속기의 입력축의 속도를 조절하는 중앙 제어부를 포함하는 하이브리드 차량.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는, 상기 엔진으로부터의 동력이 차단되고 상기 차량은 상기 구동모터/발전기에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는, 상기 차량은 상기 엔진 및 상기 구동모터/발전기에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 연결부는 싱크로메쉬, 도그 클러치, 원웨이 클러치로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 중앙 제어부에 연결된 변속 개시 스위치를 더 포함하고, 운전자는 상기 변속 개시 스위치를 통해 상기 차량의 변속 작업의 개시 신호를 상기 중앙 제어부에 송신하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 중앙 제어부는 상기 변속 작업의 개시 신호에 따라 상기 엔진 및 상기 구동모터/발전기의 토크를 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 엔진의 출력축, 상기 수동 변속기의 입력축 및 상기 수동 변속기의 출력축에 각각 설치된 속도 센서들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 중앙 제어부는 상기 수동 변속기의 기어 변경이 필요할 시에 운전자에게 목표 기어를 알려주는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 중앙 제어부는 운전자가 상기 목표 기어로 접속하지 못한 경우에 운전자에게 경고 메시지를 발령하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  10. 차량 내의 수동 변속기의 변속을 수행하기 위하여, 상기 차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는 엔진과 구동모터/발전기 사이에 배치된 연결부를 분리시키거나 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는 상기 연결부를 연결시키는 단계;
    수동 변속 레버의 위치 센서를 통해 운전자의 희망 기어 단수를 검출하는 단계;
    상기 검출된 기어 단수에 근거하여 상기 구동모터/발전기 및/또는 상기 엔진을 제어하여 상기 구동모터/발전기에 연결된 상기 수동 변속기의 입력축의 속도를 조절하는 단계; 및
    상기 수동 변속기의 기어를 운전자의 희망 기어 단수로 변경하는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 구동모터/발전기 및/또는 상기 엔진을 제어하는 단계는,
    상기 차량이 정지 상태로부터 상기 차량이 기 설정된 속도 이하인 경우에는 상기 엔진으로부터의 동력을 차단시키고 상기 구동모터/발전기를 구동시키는 단계; 및
    상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는 상기 구동모터/발전기 및 상기 엔진을 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 연결부는 싱크로메쉬, 도그 클러치, 원웨이 클러치로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 운전자가 변속 개시 스위치를 통해 상기 차량의 변속 작업의 개시 신호를 입력시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 변속 작업의 개시 신호에 따라 상기 엔진 및 상기 구동모터/발전기의 토크를 감소시키도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
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