WO2019107668A1 - 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인 및 이의 구동 방법 - Google Patents

플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인 및 이의 구동 방법 Download PDF

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WO2019107668A1
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clutch
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motor
electric vehicle
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PCT/KR2018/000343
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박영일
김진성
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서울과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 모터를 이용하여, 엔진의 시동을 걸 수 있으며, 모드 전환시 각 클러치의 입/출력 속도차를 제어하여 변속 충격을 완화할 수 있고, 컴팩트 구조의 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인 및 이의 구동 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 엔진과, 상기 엔진의 출력축에 각각 연결된 제1 클러치 및 제2 클러치와, 상기 제1 클러치와 연결된 제1 모터와, 상기 제2 클러치와 연결된 제2 모터와, 상기 제2 모터에 연결된 제3 클러치와, 상기 제1 모터와 상기 제3 클러치와 동시에 연결되는 토크 커플러를 포함하되, 상기 제1 클러치, 제2 클러치 및 제3 클러치의 제어에 따라 주행모드를 변경하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인을 제공한다.

Description

플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인 및 이의 구동 방법
본 발명은 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
최근 대부분의 자동차 제조업체들은 HEV(Hybrid Electric Vehicle)과 함께 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 시스템을 개발하여 출시하고 있다.
PHEV는 기존의 HEV와는 달리 대용량/고성능의 배터리를 탑재하고 있으며 가정이나 건물의 전기를 이용하여 차량의 외부에서 배터리를 충전할 수 있다. 전기 자동차와 같이 배터리만을 이용하는 전기 구동이 많은 비중을 차지하기 때문에 전기 주행에도 높은 효율을 보장할 수 있어야 한다.
배터리의 SOC(State Of Charge)가 일정 수준 이하로 떨어지면 엔진을 이용한 하이브리드 주행을 할 수 있어야 하므로 배터리의 SOC가 낮을 때, 엔진의 작동으로 배터리의 SOC가 유지되며, 다양한 속도 구간에서 작동될 수 있어야 한다. 이와 같이 PHEV의 기본적인 조건들을 만족하는 적합한 동력전달계가 개발되어야 한다.
한편, 이와 관련하여 대한민국공개특허 제10-2013-0138383호(발명의 명칭: 직렬형 하이브리드 차량의 구동 시스템)에서는, 제너레이터로 사용되는 모터를 배터리의 충전 시에는 발전을 수행하고, 배터리의 비 충전시에는 트랙션모터와 함께 차량의 구동을 수행함으로써 자원을 효과적으로 활용할 수 있고, 구동효율을 향상할 수 있는 구성을 개시하고 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 모터를 이용하여, 엔진의 시동을 걸 수 있으며, 모드 전환시 각 클러치의 입/출력 속도차를 제어하여 변속 충격을 완화할 수 있고, 컴팩트 구조의 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인에 있어서, 엔진과, 상기 엔진의 출력축에 각각 연결된 제1 클러치 및 제2 클러치와, 상기 제1 클러치와 연결된 제1 모터와, 상기 제2 클러치와 연결된 제2 모터와, 상기 제2 모터에 연결된 제3 클러치와, 상기 제1 모터와 상기 제3 클러치와 동시에 연결되는 토크 커플러를 포함하되, 상기 제1 클러치, 제2 클러치 및 제3 클러치의 제어에 따라 주행모드를 변경하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인을 제공한다.
본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인에 있어서, 상기 제2 모터를 이용하여, 상기 엔진의 시동 및 상기 제1 클러치 내지 제3 클러치 중 적어도 어느 하나의 양단의 속도차 조절을 통해 상기 주행모드 변경시 변속 충격을 완화할 수 있다.
본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인에 있어서, 상기 주행모드는 전기차 모드(EV mode), 패럴랠 로우 모드(Par-L mode), 패럴랠 하이 모드(Par-H mode), 시리즈 모드(Series mode)를 포함하고, 상기 전기차 모드시, 상기 제1 클러치 및 상기 제2 클러치는 해제상태이며, 상기 제3 클러치는 결합상태이고, 상기 패럴랠 로우 모드시, 상기 제1 클러치 및 상기 제3 클러치는 결합상태이며, 상기 제2 클러치는 해제상태이고, 상기 패럴랠 하이 모드시, 상기 제1 클러치는 해제상태이며, 상기 제2 클러치 및 상기 제3 클러치는 결합상태이고, 상기 시리즈 모드시, 상기 제1 클러치 및 상기 제3 클러치는 해제상태이며, 상기 제2 클러치는 결합상태일 수 있다.
본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인에 있어서, 상기 제1 모터와 상기 토크 커플러 사이에 배치되는 저속 기어 및 상기 제3 클러치와 상기 토크 커플러 사이에 배치되는 고속 기어를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인에 있어서, 상기 제1 클러치와 상기 제2 클러치는 하나의 듀얼 클러치로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 엔진과, 상기 엔진의 출력축에 각각 연결된 제1 클러치 및 제2 클러치와, 상기 제1 클러치와 연결된 제1 모터와, 상기 제2 클러치와 연결된 제2 모터와, 상기 제2 모터에 연결된 제3 클러치와, 상기 제1 모터와 상기 제3 클러치와 동시에 연결되는 토크 커플러를 포함하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인의 구동 방법에 있어서, 상기 차량의 주행속도 및 배터리의 충전상태(SOC)를 근거로 상기 차량의 주행모드를 감지하는 단계와, 상기 주행모드를 감지하는 단계에서 전기차 모드가 감지되면, 상기 제1 클러치 및 상기 제2 클러치는 해제상태로 제어하고, 상기 제3 클러치는 결합상태로 제어하는 전기차 모드 제어단계와, 상기 주행모드를 감지하는 단계에서 패럴랠 로우 모드가 감지되면, 상기 제1 클러치 및 상기 제3 클러치는 결합상태로 제어하고, 상기 제2 클러치는 해제상태로 제어하는 패럴랠 로우 모드 제어단계와, 상기 주행모드를 감지하는 단계에서 패럴랠 하이 모드가 감지되면, 상기 제1 클러치는 해제상태로 제어하고, 상기 제2 클러치 및 상기 제3 클러치는 결합상태로 제어하는 패럴랠 하이 모드 제어단계와, 상기 주행모드를 감지하는 단계에서 시리즈 모드가 감지되면, 상기 제1 클러치 및 상기 제3 클러치는 해제상태로 제어하고, 상기 제2 클러치는 결합상태로 제어하는 시리즈 모드 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인의 구동 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인의 구동 방법에 있어서, 상기 주행모드의 변경시에 상기 제2 모터를 이용하여 상기 제1 클러치 내지 제3 클러치 중 적어도 어느 하나의 양단의 속도차를 조절함으로써 변속 충격을 완화할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 제2 모터와 엔진 사이에 제3 클러치를 구비하여, 제2 모터를 이용하여, 엔진의 시동을 걸 수 있으며, 엔진과 제1 모터 또는 제2 모터와 연결되는 클러치를 듀얼 클러치로 구성하여 컴팩트 구조의 플러그인 하이브리드 전기 자량의 파워트레인을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 구동 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 전기차 모드(EV mode)로 변환하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)로 변환하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 패럴랠 하이 모드(Par-H mode)로 변환하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 시리즈 모드(Series mode)로 변환하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원은 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 구동 방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 전기차 모드(EV mode)로 변환하는 단계를 설명하기 위한 순서도이고, 도 4 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)로 변환하는 단계를 설명하기 위한 순서도이고, 도 7 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 패럴랠 하이 모드(Par-H mode)로 변환하는 단계를 설명하기 위한 순서도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 시리즈 모드(Series mode)로 변환하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
우선, 본원의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인에 대해 설명한다.
플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인은 엔진(110), 배터리(130), 제1 모터(121), 제2 모터(122), 전력 제어 장치(140), 구동부(170), 저속 기어(151), 고속 기어(152), 제1 클러치(161), 제2 클러치(162), 제3 클러치(163), 제어부(180)를 포함한다.
엔진(110)은 고속 구동시 공급되는 연료에 의해 구동되고, 차량에 구동력을 공급한다. 즉, 엔진(110)은, 차량이 고속 구동 시, 연료 탱크로부터 공급되는 연료에 의해 행정을 수행한다. 엔진(110)은 기계적인 연결을 통해 모터와 연결되어, 행정 수행에 따른 운동 에너지를 모터(121, 122)로 인가할 수 있다.
배터리(130)는 전력 제어 장치(140)를 통해 공급되는 전력을 저장한다. 다시 말해, 배터리(130)는 차량의 구동을 위해 엔진(110)이 동작함에 따라 제2 모터(122)에서 생산되는 전력을 전력 제어 장치(140)를 통해 공급받고, 공급된 전력을 저장할 수 있다.
전력 제어 장치(140)는 전력을 제1 모터(121) 또는 제2 모터(122)로 인가하거나, 제2 모터(122)에 의해 생산된 전력을 배터리(130) 또는 제1 모터(121)로 인가할 수 있다.
제1 모터(121)는 전력 제어 장치(140)로부터 인가되는 전력으로 구동한다. 다시 말해, 제1 모터(121)는, 전기차 모드(EV mode)의 저속 구간에서 전력 제어 장치(140)로부터 인가되는 전력에 의해 회전 구동하고, 저속 기어(151)를 통해 토크 커플러(171)로 회전 구동을 인가한다. 상술한 전기차 모드(EV mode)란 엔진이 구동하지 않고, 배터리(130)의 전력만을 이용하여 제1 모터(121)와 제2 모터(122)에 의해 차량이 구동하는 모드를 의미한다.
제2 모터(122)는 전력 제어 장치(140)로부터 인가되는 전력으로 구동한다. 다시 말해, 제2 모터(122), 전기차 모드(EV mode)의 고속 구간에서 전력 제어 장치(140)로부터 인가되는 전력에 의해 회전 구동하고, 고속 기어(152)를 통해 토크 커플러(171)로 회전 구동을 인가한다.
또한, 제2 모터(122)는 엔진(110)으로부터 회전 구동을 인가받아 전력을 생산할 수 있다. 이때, 생산된 전력은 전력 제어 장치(140)를 통해 배터리(130) 또는 제1 모터(121)로 인가할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
뿐만 아니라, 제2 모터(122)는 제1 클러치(161), 제2 클러치(162) 및 제3 클러치(163)의 제어, 즉, 제1 클러치(161), 제2 클러치(162) 및 제3 클러치(163)의 결합 및 해제는 상기 제2 모터(122)에 의하여 이루어지며, 이에 대한 상세한 작동예는 후술하도록 한다.
아울러, 제1 모터(121) 및 제2 모터(122)는 함께 구동하여, 제1 모터(121) 및 제2 모터(122)의 회동 구동을 토크 커플러(171)로 인가할 수 있다.
구동부(170)는 토크 커플러(171) 및 토크 커플러(171)에 연결되어 차량의 바퀴에 회전 구동을 인가하는 최종 감속 기어(172)를 포함할 수 있다.
토크 커플러(171)는 전기차 모드(EV mode)의 저속 구간에서 제1 모터(121)로부터 회전 구동이 인가되고, 차량의 전기차 모드(EV mode)의 고속 구간에서 제2 모터(122)로부터 회전 구동이 인가되거나 제1 모터(121) 및 제2 모터(122)로부터 회전 구동이 인가될 수 있다.
최종 감속 기어(172)는 토크 커플러(171)에 의해 구동하여 차량의 바퀴를 회전시킨다. 즉, 최종 감속 기어(172)는 토크 커플러(171)와 기계적으로 연결된다.
제1 클러치(161)는 엔진(110)과 제1 모터(121) 사이에 기계적으로 연결된다. 또한, 제1 클러치(161)는 제어부(180)의 제어에 따라 엔진(110)과 제1 모터(121)의 기계적 연결을 분리할 수 있다.
제2 클러치(162)는 엔진(110)과 제2 모터(122) 사이에 기계적으로 연결된다. 또한, 제2 클러치(162)는 제어부(180)의 제어에 따라 엔진(110)과 제1 모터(121)의 기계적 연결을 분리할 수 있다.
또한, 제1 클러치(161)와 제2 클러치(162)는 듀얼 클러치로 구성될 수 있다. 이에 따라, 파워트레인을 컴팩트하게 구성할 수 있다.
제3 클러치(163)는 제2 모터(122)와 고속 기어(152) 사이에 기계적으로 연결된다. 또한, 제3 클러치(163)는 제어부(180)의 제어에 따라 제2 모터(122)와 고속 기어(152)의 기계적 연결을 분리할 수 있다.
제어부(180)는 차량의 구동 모드에 따라 제1 내지 제3 클러치(163)를 제어할 수 있다. 상세하게는, 제어부(180)는 차량의 속도 또는 배터리(130)의 충전 상태(SOC, State Of Charge)에 따라 제1 내지 제3 클러치(163)를 제어하여, 전기차 모드(EV mode), 패럴랠 로우 모드(Par-L mode), 패럴랠 하이 모드(Par-H mode), 및 시리즈 모드(Series mode) 중 선택되는 하나의 모드로 차량이 운행할 수 있다.
제어부(180)는 전기차 모드(EV mode)에서 제1 모터(121) 또는 제2 모터(122)를 이용하여 구동되도록 제어할 수 있다. 다시 말해, 전기차 모드(EV mode)는 제1 모터(121)만 구동하거나, 제2 모터(122)만 구동하거나, 제1 모터(121) 및 제2 모터(122)가 모두 구동하는 3가지 모드로 나눌 수 있다.
이를 위해, 제어부(180)는 전기차 모드(EV mode)에서 제3 클러치(163)를 결합 상태로 제어하고, 제1 클러치(161) 및 제2 클러치(162)를 해제 상태로 제어하여, 제1 모터(121) 또는 제2 모터(122)로 차량 구동하는 전기 모드로 차량을 구동할 수 있다. 상술한 결합 상태란 클러치(161, 162, 163)의 양측에 연결된 구성이 기계적으로 연결된 상태를 의미하고, 열린 상태란 클러치(161, 162, 163)의 양측에 연결된 구성이 기계적으로 분리된 상태를 의미할 수 있다.
제어부(180)는 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)에서 제1 클러치(161) 및 제3 클러치(163)를 결합 상태로 제어하고, 제2 클러치(162)를 해제 상태로 제어하는 저속 병렬형 하이브리드 모드로 차량을 구동할 수 있다.
제어부(180)는 패럴랠 하이 모드(Par-H mode)에서 제2 클러치(162)와 제3 클러치(163)를 결합 상태로 제어하고, 제1 클러치(161)를 해제 상태로 제어하여, 고속 병렬형 하이브리드 모드로 차량을 구동할 수 있다.
제어부(180)는 시리즈 모드(Series mode)에서 제2 클러치(162)를 결합 상태로 제어하고, 제1 클러치(161) 및 제3 클러치(163)를 해제 상태로 제어하여, 직렬형 하이브리드 모드로 차량을 구동할 수 있다.
시리즈 모드(Series mode)는 배터리(130)의 충전 전력이 모두 방전된 상황에서 배터리(130)를 통해 제1 모터(121)와 제2 모터(122)를 사용하지 못하여, 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)와 패럴랠 하이 모드(Par-H mode)가 불가능한 상황에서 사용될 수 있다.
또한, 각 모드 전환시 변속 충격을 완화하거나 엔진(110)의 시동을 걸 때, 제2 모터(122)를 사용할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 전기 차량의 구동방법에 대해서 설명한다.
도 2를 참조하면, 제어부(180)는 차량의 구동 모드를 감지한다. 이때, 제어부(180)는 차량의 주행 속도, 배터리의 충전상태, 및 가속 페달 신호에 따라 전기차 모드(EV mode), 패럴랠 로우 모드(Par-L mode), 패럴랠 하이 모드(Par-H mode), 및 시리즈 모드(Series mode) 중 하나의 구동 모드로 감지할 수 있다.
전기차 모드 제어단계(S100)에서는, 전기차 모드(EV mode)로 감지하면, 제어부(180)가 제2 모터(122) 및 고속 기어(152)를 토크 커플러(171)에 기계적으로 연결하는 제3 클러치(163)를 결합 상태로 제어하고, 엔진(110) 및 제1 모터(121)를 기계적으로 연결하는 제1 클러치(161)를 해제 상태로 제어하고, 상기 제2 모터(122) 및 엔진(110)을 기계적으로 연결하는 제2 클러치(162)를 해제 상태로 제어한다.
상세하게는, 도 3을 참조하면, 전기차 모드 제어단계(S100)에서는 패럴랠 로우 모드(Par-L mode), 패럴랠 하이 모드(Par-H mode), 또는 시리즈 모드(Series mode)에서 전기차 모드(EV mode)로 변환될 수 있다.
도 3의 (a)를 참조하면, 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)에서 전기차 모드(EV mode)로 변환하는 방법은 제1 클러치(161)를 해제상태로 제어하고, 엔진(110)을 정지시키는 단계(S111)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 클러치(161)를 결합상태에서 해제상태로 제어하기 위하여, 제2 모터(122)는 우선적으로 제2 클러치(162)를 해제상태에서 결합상태로 제어하며, 이후 제2 모터(122)는 제1 클러치(161)를 결합상태에서 해제상태로 제어하고, 다시 제2 클러치(162)를 결합상태에서 해제상태로 제어함으로써 제1 클러치(161)의 제어를 수행하며, 상술한 과정을 통해 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)에서 전기차 모드(EV mode)로 변환한다.
도 3의 (b)를 참조하면, 패럴랠 하이 모드(Par-H mode)에서 전기차 모드(EV mode)로 변환하는 방법은 제2 클러치(162)를 해제상태로 제어하고, 엔진(110)을 정지시키는 단계(S121)를 포함할 수 있다.
도 3의 (c)를 참조하면, 시리즈 모드(Series mode)에서 전기차 모드(EV mode)로 변환하는 방법은 엔진(110)을 정지시키고, 제2 모터(122)를 끄고, 제2 클러치(162)를 해제상태로 제어하는 단계(S131), 제2 모터(122)를 구동하여, 제3 클러치(163)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S132) 및 제2 모터(122)를 켜고, 제3 클러치(163)를 결합 상태로 제어하는 단계(S133)를 포함할 수 있다.
패러랠 로우 모드 제어단계(S200)에서는, 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)로 감지하면, 제어부(180)가 제1 클러치(161) 및 제3 클러치(163)를 결합 상태로 제어하고, 제2 클러치(162)를 해제 상태로 제어한다.
상세하게는, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 패러랠 로우 모드 제어단계(S200)에서는 전기차 모드(EV mode), 패럴랠 하이 모드(Par-H mode), 또는 시리즈 모드(Series mode)에서 패럴랠 로우 모드(Par-L mode) 변환될 수 있다.
도 4를 참조하면, 전기차 모드(EV mode)에서 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)로 변환하는 방법은 제2 모터(122)를 끄고, 제3 클러치(163)를 해제 상태로 제어하는 단계(S211), 제2 모터(122)를 구동하여, 제2 클러치(162)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S212), 제2 클러치(162)를 결합 상태로 제어하는 단계(S213), 제2 모터(122)를 이용하여 엔진(110)을 시동하는 단계(S214), 제2 모터(122)를 구동하여, 제1 클러치(161)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S215), 제2 모터(122)를 끄고, 제2 클러치(162)를 해제상태로 제어하고, 제1 클러치(161)를 결합 상태로 제어하는 단계(S216), 제2 모터(122)를 구동하여, 제3 클러치(163)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S217), 제2 모터(122)를 켜고, 제3 클러치(163)를 결합 상태로 제어하는 단계(S218)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 클러치(161)를 해제상태에서 결합상태로 제어하기 위하여, 제2 모터(122)는 우선적으로 제2 클러치(162)를 해제상태에서 결합상태로 제어하며, 이후 제2 모터(122)는 제1 클러치(161)를 해제상태에서 결합상태로 제어하고, 다시 제2 클러치(162)를 결합상태에서 해제상태로 제어함으로써 제1 클러치(161)의 제어를 수행하여, 상술한 과정을 통해 전기차 모드(EV mode)에서 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)로 변환한다.
도 5를 참조하면, 패럴랠 하이 모드(Par-H mode)에서 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)로 변환하는 방법은 제2 모터(122)를 끄고, 제2 클러치(162) 및 제3 클러치(163)를 해제상태로 제어하는 단계(S221), 제2 모터(122)를 구동하여, 제2 클러치(162)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S222), 제2 클러치(162)를 결합 상태로 제어하는 단계(S223), 제2 모터(122)를 구동하여, 제1 클러치(161)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S224), 제2 모터(122)를 끄고, 제1 클러치(161)를 결합 상태로 제어하고, 제2 클러치(162)를 해제 상태로 제어하는 단계(S225), 제2 모터(122)를 구동하여, 제3 클러치(163)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S226), 제3 클러치(163)를 결합상태로 제어하는 단계(S227)를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 시리즈 모드(Series mode)에서 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)로 변환하는 방법은 제2 모터(122)를 구동하여, 제1 클러치(161)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S231), 제2 모터(122)를 끄고, 제1 클러치(161)를 결합 상태로 제어하고, 제2 클러치(162)를 해제 상태로 제어하는 단계(S232), 제2 모터(122)를 구동하여, 제3 클러치(163)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S233), 제3 클러치(163)를 결합상태로 제어하는 단계(S234)를 포함할 수 있다.
패러랠 하이 모드 제어단계(S300)에서는, 패럴랠 하이 모드(Par-H mode)로 감지하면, 제어부(180)가 제2 클러치(162)와 제3 클러치(163)를 결합 상태로 제어하고, 제1 클러치(161)를 해제 상태로 제어한다.
상세하게는, 도 7 내지 9를 참조하면, 패러랠 하이 모드 제어단계(S300)에서는 전기차 모드(EV mode), 패럴랠 로우 모드(Par-L mode), 또는 시리즈 모드(Series mode)에서 패럴랠 하이 모드(Par-H mode)로 변환될 수 있다
도 7를 참조하면, 전기차 모드(EV mode)에서 패럴랠 하이 모드(Par-H mode)로 변환하는 방법은 제2 모터(122)를 끄고, 제3 클러치(163)를 해제 상태로 제어하는 단계(S311), 제2 모터(122)를 구동하여, 제2 클러치(162)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S312), 제2 클러치(162)를 결합 상태로 제어하는 단계(S313), 제2 모터(122)를 이용하여, 엔진(110)을 회전시켜 시동을 거는 단계(S314), 제2 모터(122)를 구동하여, 제3 클러치(163)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S315), 제3 클러치(163)를 결합 상태로 제어하는 단계(S316)를 포함할 수 있다.
도 8를 참조하면, 패럴랠 로우 모드(Par-L mode)에서 패럴랠 하이 모드(Par-H mode)로 변환하는 방법은 제2 모터(122)를 끄고, 제1 클러치(161) 및 제3 클러치(163)를 해제 상태로 제어하는 단계(S321), 제2 모터(122)를 구동하여, 제2 클러치(162)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S322), 제2 클러치(162)를 결합 상태로 제어하는 단계(S323), 제2 모터(122)를 구동하여, 제3 클러치(163)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S324), 제3 클러치(163)를 결합 상태로 제어하는 단계(S325)를 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 시리즈 모드(Series mode)에서 패럴랠 하이 모드(Par-H mode)로 변환하는 방법은 제2 모터(122)를 구동하여, 제3 클러치(163)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S331), 제3 클러치(163)를 결합 상태로 제어하는 단계(S332)를 포함할 수 있다.
시리즈 모드 제어단계(S400)에서는, 시리즈 모드(Series mode)로 감지하면, 제어부(180)가 제2 클러치(162)를 결합 상태로 제어하고, 제1 클러치(161) 및 제3 클러치(163)를 해제 상태로 제어한다.
도 6을 참조하면, 전기차 모드(EV mode)에서 시리즈 모드(Series mode)로 변환하는 방법은 제2 모터(122)를 끄고, 제3 클러치(163)를 해제 상태로 제어하는 단계(S411), 제2 모터(122)를 구동하여, 제2 클러치(162)의 입/출력 축의 속도 차를 임계값까지 줄이도록 제어하는 단계(S412), 제2 클러치(162)를 결합 상태로 제어하는 단계(S413), 제2 모터(122)를 이용하여, 엔진(110)을 회전시켜 시동을 거는 단계(S414)를 포함할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 모터를 이용하여 엔진의 시동을 걸 수 있으며, 모드 전환시 각 클러치의 입/출력 속도차를 제어하여 변속 충격을 완화할 수 있고, 컴팩트한 구조를 가지는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인에 적용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인에 있어서,
    엔진;
    상기 엔진의 출력축에 각각 연결된 제1 클러치 및 제2 클러치;
    상기 제1 클러치와 연결된 제1 모터;
    상기 제2 클러치와 연결된 제2 모터;
    상기 제2 모터에 연결된 제3 클러치; 및
    상기 제1 모터와 상기 제3 클러치와 동시에 연결되는 토크 커플러를 포함하되,
    상기 제1 클러치, 제2 클러치 및 제3 클러치의 제어에 따라 주행모드를 변경하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 모터를 이용하여, 상기 엔진의 시동 및 상기 제1 클러치 내지 제3 클러치 중 적어도 어느 하나의 양단의 속도차 조절을 통해 상기 주행모드 변경시 변속 충격을 완화하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주행모드는 전기차 모드(EV mode), 패럴랠 로우 모드(Par-L mode), 패럴랠 하이 모드(Par-H mode), 시리즈 모드(Series mode)를 포함하고,
    상기 전기차 모드시, 상기 제1 클러치 및 상기 제2 클러치는 해제상태이며, 상기 제3 클러치는 결합상태이고,
    상기 패럴랠 로우 모드시, 상기 제1 클러치 및 상기 제3 클러치는 결합상태이며, 상기 제2 클러치는 해제상태이고,
    상기 패럴랠 하이 모드시, 상기 제1 클러치는 해제상태이며, 상기 제2 클러치 및 상기 제3 클러치는 결합상태이고,
    상기 시리즈 모드시, 상기 제1 클러치 및 상기 제3 클러치는 해제상태이며, 상기 제2 클러치는 결합상태인 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모터와 상기 토크 커플러 사이에 배치되는 저속 기어 및 상기 제3 클러치와 상기 토크 커플러 사이에 배치되는 고속 기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 클러치와 상기 제2 클러치는 하나의 듀얼 클러치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인.
  6. 엔진;
    상기 엔진의 출력축에 각각 연결된 제1 클러치 및 제2 클러치;
    상기 제1 클러치와 연결된 제1 모터;
    상기 제2 클러치와 연결된 제2 모터;
    상기 제2 모터에 연결된 제3 클러치; 및
    상기 제1 모터와 상기 제3 클러치와 동시에 연결되는 토크 커플러를 포함하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인의 구동 방법에 있어서,
    상기 차량의 주행속도 및 배터리의 충전상태(SOC)를 근거로 상기 차량의 주행모드를 감지하는 단계;
    상기 주행모드를 감지하는 단계에서 전기차 모드가 감지되면, 상기 제1 클러치 및 상기 제2 클러치는 해제상태로 제어하고, 상기 제3 클러치는 결합상태로 제어하는 전기차 모드 제어단계;
    상기 주행모드를 감지하는 단계에서 패럴랠 로우 모드가 감지되면, 상기 제1 클러치 및 상기 제3 클러치는 결합상태로 제어하고, 상기 제2 클러치는 해제상태로 제어하는 패럴랠 로우 모드 제어단계;
    상기 주행모드를 감지하는 단계에서 패럴랠 하이 모드가 감지되면, 상기 제1 클러치는 해제상태로 제어하고, 상기 제2 클러치 및 상기 제3 클러치는 결합상태로 제어하는 패럴랠 하이 모드 제어단계;
    상기 주행모드를 감지하는 단계에서 시리즈 모드가 감지되면, 상기 제1 클러치 및 상기 제3 클러치는 해제상태로 제어하고, 상기 제2 클러치는 결합상태로 제어하는 시리즈 모드 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인의 구동 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주행모드의 변경시에 상기 제2 모터를 이용하여 상기 제1 클러치 내지 제3 클러치 중 적어도 어느 하나의 양단의 속도차를 조절함으로써 변속 충격을 완화하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기 차량의 파워트레인의 구동 방법.
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