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KR20190025415A - 하이브리드 차량용 파워트레인 - Google Patents

하이브리드 차량용 파워트레인 Download PDF

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KR20190025415A
KR20190025415A KR1020170112034A KR20170112034A KR20190025415A KR 20190025415 A KR20190025415 A KR 20190025415A KR 1020170112034 A KR1020170112034 A KR 1020170112034A KR 20170112034 A KR20170112034 A KR 20170112034A KR 20190025415 A KR20190025415 A KR 20190025415A
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KR
South Korea
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rotary element
planetary gear
motor
gear
engine
Prior art date
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KR1020170112034A
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Inventor
이경신
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 유성기어장치를 이용한 파워 스플릿모드를 통해 엔진의 최적 운전점 주행이 가능한 기술로, 본 발명에서는, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엔진 및 제1,2모터로부터 전달되는 회전력을 휠에 감속하여 출력하는 감속기구; 상기 감속기구에 연결된 제1회전요소와, 상기 엔진으로부터 회전력을 제공받는 제2회전요소와, 제1모터로부터 회전력을 제공받는 제3회전요소를 포함하는 제1유성기어장치; 및 제2모터로부터 회전력을 제공받는 제1회전요소와, 상기 제1유성기어장치의 제1회전요소와 직결된 제2회전요소와, 상기 제1유성기어장치의 제2회전요소와 직결된 제3회전요소를 포함하는 제2유성기어장치;를 포함하여 구성되는 하이브리드 차량용 파워트레인이 소개된다.

Description

하이브리드 차량용 파워트레인{POWER TRAIN FOR HYBRID VEHICLES}
본 발명은 유성기어장치를 이용한 파워 스플릿모드를 통해 엔진의 최적 운전점 주행으로 연비를 개선하고, 기계적 제동요소를 통해 두 개의 모터를 동시 구동하여 모터시스템의 사양을 증대하지 않고 출력을 증대할 수 있는 하이브리드 차량용 파워트레인에 관한 것이다.
고유가 문제, CO2규제 등으로 인해 연비향상 및 친환경은 차량을 개발하는 데 있어, 핵심항목이 되고 있다.
이에, 선진 자동차 메이커들은 이러한 목표를 달성하기 위해 연료저감을 위한 기술개발에 총력을 기울이고 있으며, 이러한 기술의 하나로 하이브리드 및 플러그인 하이브리드 차량의 개발에 힘쓰고 있다.
예컨대, 하이브리드 차량은 엔진과 함께 두 개의 모터와 클러치, 그리고 변속기를 포함하여 구성할 수 있는데, 엔진시동 및 발전기능은 엔진측에 있는 모터로 수행하며, 차량의 주행을 위한 구동 및 회생제동은 변속기측에 있는 모터로 그 역할을 수행할 수 있다.
즉, EV모드에서는 클러치의 연결을 해제하여 모터로 차량을 구동하며, HEV모드에서는 클러치를 연결하여 엔진과 모터의 구동력으로 차량을 구동하게 된다.
이러한, 하이브리드 차량은, 차량이 정속주행하거나 적은 출력이 요구되는 경우에, 엔진 대신 모터를 사용하여 구동력을 확보함으로써 연비 향상을 도모하게 되고, 반면 큰 출력이 요구되는 경우에는 엔진 효율이 좋은 운전점에서 운전시키며, 부족한 출력 및 과잉 출력은 모터가 구동 혹은 발전함으로써 엔진의 구동력만으로 주행하는 일반적이 차량과 대비할 때에 연비가 향상되는 장점이 있다.
그러나, 변속기 기어비 한계에 의해 연비의 개선에 한계가 있고, 엔진의 시동을 위한 별도의 시동기구를 장착하게 되는바, 차량의 중량 및 원가가 증대되는 문제가 있다.
또한, 모터 구동에 의한 차량의 주행성능을 확장하기 위해서는, 모터의 구동력이 크게 요구되는바, 모터 시스템의 사양이 증대되어야 하는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
US 2013-0143706 A US 8425377 B
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 유성기어장치를 이용한 파워 스플릿모드를 통해 엔진의 최적 운전점 주행으로 연비를 개선하고, 기계적 제동요소를 통해 두 개의 모터를 동시 구동하여 모터시스템의 사양을 증대하지 않고 출력을 증대할 수 있는 하이브리드 차량용 파워트레인을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엔진 및 제1,2모터로부터 전달되는 회전력을 휠에 감속하여 출력하는 감속기구; 상기 감속기구에 연결된 제1회전요소와, 상기 엔진으로부터 회전력을 제공받는 제2회전요소와, 제1모터로부터 회전력을 제공받는 제3회전요소를 포함하는 제1유성기어장치; 및 제2모터로부터 회전력을 제공받는 제1회전요소와, 상기 제1유성기어장치의 제1회전요소와 직결된 제2회전요소와, 상기 제1유성기어장치의 제2회전요소와 직결된 제3회전요소를 포함하는 제2유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소와 제3회전요소는, 각각 제1선기어와 제1캐리어와 제1링기어이고; 상기 제2유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소와 제3회전요소는, 각각 제2선기어와 제2캐리어와 제2링기어일 수 있다.
상기 엔진의 회전력이 제1유성기어장치의 제2회전요소 방향으로만 전달되도록 구비된 원웨이클러치;를 포함할 수 있다.
상기 제1유성기어장치의 제2회전요소가 선택적인 고정요소로 작동되도록 구비된 브레이크;를 포함할 수 있다.
상기 제1유성기어장치와, 제2유성기어장치와, 제1모터 및 제2모터가 동심축 상에 배치될 수 있다.
상기 감속기구는, 상기 제2유성기어장치의 제2회전요소와 연결된 감속기어 입력축; 상기 감속기어 입력축과 나란하게 배치되어 휠에 회전력을 전달하는 감속기어 출력축; 상기 감속기어 입력축과 감속기어 출력축에 기어비를 달리하여 치합 결합된 복수의 기어짝; 상기 기어짝 중에서 주행속도에 대응하는 기어짝을 선택하는 단속장치;를 포함할 수 있다.
상기 기어짝은, 저단 기어짝; 상기 저단 기어짝보다 상대적으로 기어비가 작은 고단 기어짝;을 포함하고, 상기 단속장치는, 상기 저단 기어짝과 고단 기어짝 사이에 배치될 수 있다.
상기 감속기구는, 브레이크에 의해 선택적인 고정요소로 작동되는 제1회전요소와, 클러치에 의해 상기 제1회전요소와 선택적으로 연결하되 휠에 회전력을 전달하는 제2회전요소와, 상기 제2유성기어장치의 제2회전요소와 연결된 제3회전요소를 포함하는 제3유성기어장치;를 포함할 수 있다.
상기 제3유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소와 제3회전요소는, 각각 제3선기어와 제3캐리어와 제3링기어일 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 동력분기 모드(E-CVT모드)에 따른 엔진의 자유로운 운전점 제어를 통해 최적운전점으로 차량의 주행이 가능하고, 저효율 영역에서 출력측 다단화에 따른 변속을 통해 효율 저하를 보완하여 연비를 향상시키는 효과가 있다.
더욱이, 2개의 전기 모터를 동시에 구동 가능하고, 다단 기어 구조를 갖추고 있는바, 등판성능이 향상되고, EV모드를 통한 고속 주행이 가능한 장점이 있고, 이를 통해 모터의 용량 증대없이 고출력 대응 플러그인 하이브리드 차량에 확장이 가능한 한편, 2개의 모터 중 하나를 이용하여 엔진을 시동하게 되는바, 스타터 모터를 제거할 수 있는 장점도 있다.
또한, 원웨이클러치의 일방향 회전 제한 구조를 통해 별도의 유압 제어 없이 EV모드의 주행이 가능한바, 유압손실을 최소화할 수 있고, 효율 향상으로 EV모드 주행시 배터리 소모를 최소화하여 연비 향상에 도움이 되는 장점도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 파워트레인 구조의 상세도면.
도 2는 도 1의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 차량의 정차 중 제1모터를 이용하여 엔진을 시동하는 경우를 설명하기 위한 도면.
도 4는 차량의 정차 중 제2모터를 이용하여 엔진을 시동하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 5는 차량의 정차 중 제1모터와 제2모터를 이용하여 엔진을 시동하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 6은 차량의 정차 중 엔진 구동력과 제1모터를 이용하여 배터리를 충전하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 7은 차량의 정차 중 엔진 구동력과 제2모터를 이용하여 배터리를 충전하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 8은 차량의 정차 중 엔진 구동력과 제1모터 및 제2모터를 이용하여 배터리를 충전하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 9는 엔진 정지 상태에서 제2모터를 이용하여 차량을 저속으로 주행하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 10은 엔진 정지 상태에서 제2모터를 이용하여 차량을 고속으로 주행하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 11은 엔진 정지 상태에서 제1모터와 제2모터를 이용하여 차량을 저속으로 주행하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 12는 엔진 정지 상태에서 제1모터와 제2모터를 이용하여 차량을 고속으로 주행하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 13은 제1모터와 제2모터의 구동력을 이용하여 엔진의 최적 운전점을 제어하면서 차량을 저중속으로 주행하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 14는 제1모터와 제2모터의 구동력을 이용하여 엔진의 최적 운전점을 제어하면서 차량을 중고속으로 주행하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 15는 EV모드에서 HEV모드로 전환되는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 16은 차량을 회생제동하는 경우의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 17은 본 발명의 원웨이클러치 대신에 브레이크를 장착한 구조를 나타낸 도면.
도 18은 본 발명의 감속기구로서 유성기어장치를 설치한 구조를 나타낸 도면.
도 19는 본 발명의 원웨이클러치에 브레이크를 추가로 장착한 구조를 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 하이브리드 차량용 파워트레인은, 엔진(E)과, 2개의 모터와, 감속기구와, 제1유성기어장치(PG1) 및 제2유성기어장치(PG2)를 포함하여 구성할 수 있다.
먼저, 감속기구는 엔진(E) 및 제1,2모터로부터 전달되는 회전력을 휠(W)에 감속하여 출력할 수 있는 것으로, 휠(W)의 전단에 설치될 수 있다.
예컨대, 상기 감속기구는 기어비가 상이한 복수의 기어짝을 선택하여 변속하는 변속장치이거나, 또는 유성기어장치를 이용한 변속장치일 수 있는 것으로, 이에 대해서는 다시 후술하기로 한다.
제1유성기어장치(PG1)는 제1,2,3회전요소가 회전 가능하게 구비된 것으로, 상기 제1회전요소는 상기 감속기구에 연결되어 감속기구에 회전력을 전달하고, 상기 제2회전요소는 엔진(E)과 직결되어 엔진(E)으로부터 회전력을 제공받아 회전되며, 상기 제3회전요소는 제1모터(MG1)와 직결되어 제1모터(MG1)로부터 회전력을 제공받아 회전될 수 있다.
여기서, 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1회전요소는 제1선기어(S1)이고, 제2회전요소는 제1캐리어(C1)이며, 제3회전요소는 제1링기어(R1)일 수 있는 것으로, 이는 싱글피니언 유성기어장치일 수 있다.
제2유성기어장치(PG2)는 제1,2,3회전요소가 회전 가능하게 구비된 것으로, 상기 제1회전요소는 제2모터(MG2)와 직결되어 제2모터(MG2)로부터 회전력을 제공받아 회전되고, 상기 제2회전요소는 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1회전요소인 제1선기어(S1)와 직결되어 회전되며, 상기 제3회전요소는 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제2회전요소인 제1캐리어(C1)와 직결되어 회전될 수 있다.
여기서, 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1회전요소는 제2선기어(S2)이고, 제2회전요소는 제2캐리어(C2)이며, 제3회전요소는 제2링기어(R2)일 수 있는 것으로, 이는 싱글피니언 유성기어장치일 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 엔진(E)의 회전력이 제1유성기어장치(PG1)의 제2회전요소 방향으로만 전달되도록 원웨이클러치(OWC)가 구비될 수 있다.
예컨대, 엔진(E)과 제1캐리어(C1) 사이를 연결하는 축 상에 원웨이클러치(OWC)가 구비됨으로써, 엔진(E)에서 제1캐리어(C1) 방향으로는 회전을 허용하고, 그 반대방향의 회전은 기구적으로 제한하게 된다.
즉, 제2모터(MG2)를 구동하여 차량을 주행하는 주행모드에서 원웨이클러치(OWC)를 통해 제1캐리어(C1)와 직결된 제2링기어(R2)가 고정요소로 작동됨으로써, 제2모터(MG2)의 구동력이 휠(W)로 전달되어 차량의 주행이 가능하게 된다. 이때에, 상기 제1모터(MG1) 및 제2모터(MG2)는 배터리(BAT)와 연결될 수 있는바, 배터리(BAT)의 전력에 의해 제1모터(MG1) 및 제2모터(MG2)가 구동되는 한편, 발전될 수 있다.
다른 예시로서, 본 발명에서는 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제2회전요소가 선택적인 고정요소로 작동되도록 브레이크(B)가 구비될 수 있다.
예컨대, 엔진(E)과 제1캐리어(C1) 사이를 연결하는 축 상에 마찰요소의 하나인 브레이크(B)가 구비됨으로써, 제1캐리어(C1)의 회전을 선택적으로 제동할 수 있다.
즉, 제2모터(MG2)를 구동하여 차량을 주행하는 주행모드에서 브레이크(B)의 작동을 통해 제1캐리어(C1)와 직결된 제2링기어(R2)가 고정요소로 작동됨으로써, 제2모터(MG2)의 구동력이 휠(W)로 전달되어 차량의 주행이 가능하게 된다.
더불어, 본 발명에서는 상기 엔진(E)과 함께 상기 제1유성기어장치(PG1)와, 제2유성기어장치(PG2)와, 제1모터(MG1) 및 제2모터(MG2)가 동심축 상에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 감속기구는 상기 엔진(E)이 구비된 축으로부터 측방향에 나란하게 배치될 수 있는 것으로, 예컨대 감속기어 입력축(IP)과, 감속기어 출력축(OP)과, 복수의 기어짝 및 단속장치(S)를 포함하여 구성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 감속기어 입력축(IP)의 단부에 기어가 구비되고, 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2회전요소인 제2캐리어(C2)의 단부에 기어가 구비되어, 이들 기어가 외접 치합된 구조로 연결될 수 있다.
그리고, 상기 감속기어 입력축(IP)과 나란하게 감속기어 출력축(OP)이 배치되고, 상기 감속기어 출력축(OP)이 휠(W)에 연결될 수 있다.
상기 감속기어 입력축(IP)과 감속기어 출력축(OP)에는 기어비를 달리하여 복수의 기어짝이 치합 결합되고, 상기 기어짝 중에서 주행속도에 대응하는 기어짝을 선택하도록 단속장치(S)가 설치될 수 있다.
이때에, 상기 기어짝은, 저단 기어짝(GL)과, 상기 저단 기어짝(GL)보다 상대적으로 기어비가 작은 고단 기어짝(GH)을 포함하여 구성할 수 있다.
그리고, 상기 단속장치(S)는 동기 치합식 싱크로기구로서, 상기 저단 기어짝(GL)의 입력기어와, 고단 기어짝(GH)의 입력기어 사이에 배치될 수 있다.
상기 감속기구의 다른 실시예로서, 제3유성기어장치(PG3)를 활용하여 구성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 제3유성기어장치(PG3)는 제1,2,3회전요소가 회전 가능하게 구비된 것으로, 상기 제1회전요소는 브레이크(B)에 의해 선택적인 고정요소로 작동되고, 상기 제2회전요소는 클러치(CL)에 의해 상기 제1회전요소인 제3선기어(S3)와 선택적으로 연결하되 휠(W)에 회전력을 전달하며, 상기 제3회전요소는 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2회전요소인 제2캐리어(C2)와 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제1회전요소는 제3선기어(S3)이고, 제2회전요소는 제3캐리어(C3)이며, 제3회전요소는 제3링기어(R3)일 수 있는 것으로, 이는 싱글피니언 유성기어장치일 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 7은 차량의 여러 가지 운전 조건에서 동력의 흐름과 유성기어장치들의 속도선도를 도시한 것으로, 도 3은 차량의 정차 중 제1모터(MG1)를 이용하여 엔진(E)을 시동하는 경우를 나타낸 것이다.
즉, 차량의 정차 중, 엔진(E)이 정지된 상태에서 제1모터(MG1)를 구동하게 되면, 휠(W) 측에 연결된 제1선기어(S1)가 고정요소로 작동되면서 제1모터(MG1)의 토크가 제1캐리어(C1)를 통해 엔진(E)에 전달되고, 이에 엔진(E)속도를 시동 가능속도(약 800RPM)까지 증가시켜 차량을 시동할 수 있게 된다.
도 4는 차량의 정차 중, 제2모터(MG2)를 이용하여 엔진(E)을 시동하는 경우를 나타낸 것으로, 엔진(E)이 정지된 상태에서 제2모터(MG2)를 구동하면, 휠(W) 측에 연결된 제2캐리어(C2)가 고정요소로 작동되면서 제2모터(MG2)의 토크가 제2링기어(R2) 및 제1캐리어(C1)를 통해 엔진(E)에 전달되고, 이에 엔진속도를 시동 가능속도(약 800RPM)까지 증가시켜 차량을 시동할 수 있게 된다.
도 5는 차량의 정차 중, 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)를 이용하여 엔진(E)을 시동하는 경우를 나타낸 것으로, 엔진(E)이 정지된 상태에서 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)를 구동하면, 휠(W) 측에 연결된 제1선기어(S1)와 제2캐리어(C2)가 고정요소로 작동되면서 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)의 토크가 제2링기어(R2) 및 제1캐리어(C1)를 통해 엔진(E)에 전달되고, 이에 엔진속도를 시동 가능속도(약 800RPM)까지 증가시켜 차량을 시동할 수 있게 된다.
이는, 냉시동 등과 같이 가혹한 운전조건에서 엔진(E) 시동시 활용될 수 있다.
도 6은 차량의 정차 중, 엔진 구동력과 제1모터(MG1)를 이용하여 배터리(BAT)를 충전하는 경우를 나타낸 것으로, 배터리(BAT) SOC가 부족한 경우 엔진(E)이 구동되면, 휠(W) 측에 연결된 제1선기어(S1)가 고정요소로 작동되면서 엔진 구동력이 제1링기어(R1)를 통해 제1모터(MG1)에 전달되고, 이에 제1모터(MG1)를 통해 발전하여 배터리(BAT)를 충전할 수 있게 된다.
도 7은 차량의 정차 중, 엔진 구동력과 제2모터(MG2)를 이용하여 배터리(BAT)를 충전하는 경우를 나타낸 것으로, 배터리(BAT) SOC가 부족한 경우 엔진(E)이 구동되면, 휠(W) 측에 연결된 제2캐리어(C2)가 고정요소로 작동되면서 엔진 구동력이 제2선기어(S2)를 통해 제2모터(MG2)에 전달되고, 이에 제2모터(MG2)를 통해 발전하여 배터리(BAT)를 충전할 수 있게 된다.
도 8은 차량의 정차 중, 엔진 구동력과 제1모터(MG1) 및 제2모터(MG2)를 이용하여 배터리(BAT)를 충전하는 경우를 나타낸 것으로, 배터리(BAT) SOC가 부족한 경우 엔진(E)이 구동되면, 휠(W) 측에 연결된 제1선기어(S1) 및 제2캐리어(C2)가 고정요소로 작동되면서 엔진 구동력이 제1링기어(R1)와 제2선기어(S2)를 통해 제1모터(MG1) 및 제2모터(MG2)에 전달되고, 이에 제1모터(MG1) 및 제2모터(MG2)를 통해 발전하여 배터리(BAT)를 충전할 수 있게 된다. 이는 배터리(BAT)를 고속으로 충전하는 경우 활용될 수 있다.
도 9는 엔진(E)이 정지된 상태에서 제2모터(MG2)를 이용하여 차량을 저속으로 주행하는 경우를 나타낸 것으로, 엔진(E)이 정지된 상태에서 제2모터(MG2)를 구동하면, 원웨이클러치(OWC)에 의한 반력에 의해 제1캐리어(C1) 및 제2링기어(R2)가 고정요소로 작동되면서 제2모터(MG2)의 구동력이 제2캐리어(C2)를 통해 저단 기어짝(GL)으로 전달되고, 이에 차량을 저속으로 주행할 수 있게 된다.
이는, 차량의 크리프 주행시에도 활용될 수 있다.
도 10은 엔진(E)이 정지된 상태에서 제2모터(MG2)를 이용하여 차량을 고속으로 주행하는 경우를 나타낸 것으로, 엔진(E)이 정지된 상태에서 제2모터(MG2)를 구동하면, 원웨이클러치(OWC)에 의한 반력에 의해 제1캐리어(C1) 및 제2링기어(R2)가 고정요소로 작동되면서 제2모터(MG2)의 구동력이 제2캐리어(C2)를 통해 고단 기어짝(GH)으로 전달되고, 이에 차량을 고속으로 주행할 수 있게 된다.
도 11은 엔진(E)이 정지된 상태에서 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)를 함께 이용하여 차량을 저속으로 주행하는 경우를 나타낸 것으로, 엔진(E)이 정지된 상태에서 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)를 구동하면, 원웨이클러치(OWC)에 의한 반력에 의해 제1캐리어(C1) 및 제2링기어(R2)가 고정요소로 작동되면서 제1모터(MG1)의 구동력과 제2모터(MG2)의 구동력이 제1선기어(S1)와 제2캐리어(C2)를 통해 저단 기어짝(GL)으로 전달되고, 이에 차량을 저속으로 주행할 수 있게 된다.
이는 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)의 구동력이 합쳐져서 휠(W) 측으로 전달되는 것으로, 저속 고구배 등판로에서 활용될 수 있고, EV모드에서 차량의 발진성을 높일 수 있으며, HEV시스템으로 확장성이 용이할 수 있다.
도 12는 엔진(E)이 정지된 상태에서 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)를 함께 이용하여 차량을 고속으로 주행하는 경우를 나타낸 것으로, 엔진(E)이 정지된 상태에서 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)를 구동하면, 원웨이클러치(OWC)에 의한 반력에 의해 제1캐리어(C1) 및 제2링기어(R2)가 고정요소로 작동되면서 제1모터(MG1)의 구동력과 제2모터(MG2)의 구동력이 제1선기어(S1)와 제2캐리어(C2)를 통해 고단 기어짝(GH)으로 전달되고, 이에 차량을 고속으로 주행할 수 있게 된다.
이는 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)의 구동력이 합쳐져서 휠(W) 측으로 전달되는 것으로, 이를 통해 HEV시스템으로 확장성이 용이할 수 있다.
도 13은 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)의 구동력을 이용하여 엔진의 최적 운전점을 제어하면서 차량을 저중속으로 주행하는 경우를 나타낸 것으로, 엔진(E)의 운전영역에 따라 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)를 구동하거나 또는 발전하도록 제어하고, 또한 엔진(E)과 제1모터(MG1) 또는 제2모터(MG2)의 구동력이 저단 기어짝(GL)으로 전달되어 차량을 저중속 영역에서 주행할 수 있게 된다.
도 14은 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)의 구동력을 이용하여 엔진(E)의 최적 운전점을 제어하면서 차량을 중고속으로 주행하는 경우를 나타낸 것으로, 엔진(E)의 운전영역에 따라 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)를 구동하거나 또는 발전하도록 제어하고, 또한 엔진(E)과 제1모터(MG1) 또는 제2모터(MG2)의 구동력이 고단 기어짝(GH)으로 전달되어 차량을 중고속 영역에서 주행할 수 있게 된다.
도 15는 EV모드에서 HEV모드로 전환되는 경우를 나타낸 것으로, 제2모터(MG2)의 구동력으로 차량을 주행하고 있는 EV모드에서 HEV모드로 전환시, 제1모터(MG1)의 구동력을 발생시켜 엔진(E)을 시동 가능한 속도까지 상승시킨 후 엔진(E)을 시동할 수 있게 된다.
도 16은 차량의 회생제동하는 상태를 나타낸 것으로, 제2모터(MG2)를 이용하여 회생제동하면서 차속을 감소시키려면, 제1모터(MG1)의 구동력과 엔진(E)의 드래그가 반력 역할을 하게 되면서 회생제동을 실시하게 된다.
한편, 도 17은 본 발명의 원웨이클러치(OWC) 대신에 브레이크(B)를 장착한 구조를 나타낸 것으로, 회생제동시 제1모터(MG1)와 엔진(E)의 반력제어 없이 제2모터(MG2) 단독 또는, 제1모터(MG1)/제2모터(MG2)의 동시 회생제동이 가능하다.
또한, 도 18은 감속기구로서 기어짝 구조 대신에 유성기어장치와 2개의 마찰요소(브레이크 및 클러치)를 이용한 것으로, 감속기구의 구조를 최소화하여 설계할 수 있는 장점이 있다.
또, 도 19는 본 발명의 원웨이클러치(OWC)에 브레이크(B2)를 추가로 장착한 구조를 나타낸 것으로, EV모드로 주행 중 별도 브레이크 작동 및 유압 제어없이 두 개의 모터 구동이 가능하고, 또한 회생제동시 제1모터(MG1)와 엔진(E)의 반력제어 없이 제2모터(MG2) 단독 또는, 제1모터(MG1)/제2모터(MG2)의 동시 회생제동이 가능하다.
그리고, 감속기구로서 유성기어장치와 2개의 마찰요소를 이용하므로, 감속기구의 구조를 최소화하여 설계할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 동력분기 모드(E-CVT모드)에 따른 엔진(E)의 자유로운 운전점 제어를 통해 최적운전점으로 차량의 주행이 가능하고, 저효율 영역에서 출력측 다단화에 따른 변속을 통해 효율 저하를 보완하여 연비를 향상시키게 된다.
또한, 2개의 전기 모터를 동시에 구동 가능하고, 다단 기어 구조를 갖추고 있는바, 등판성능이 향상되고, EV모드를 통한 고속 주행이 가능한 장점이 있고, 이를 통해 모터의 용량 증대없이 고출력 대응 플러그인 하이브리드 차량에 확장이 가능한 한편, 2개의 모터 중 하나를 이용하여 엔진(E)을 시동하게 되는바, 스타터 모터를 제거할 수 있는 장점이 있다.
더욱이, 원웨이클러치(OWC)의 일방향 회전 제한 구조를 통해 별도의 유압 제어 없이 EV모드의 주행이 가능한바, 유압손실을 최소화할 수 있고, 효율 향상으로 EV모드 주행시 배터리(BAT) 소모를 최소화하여 연비 향상에 도움이 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
E : 엔진 MG1 : 제1모터
MG2 : 제2모터 PG1 : 제1유성기어장치
PG2 : 제2유성기어장치 PG3 : 제3유성기어장치
OWC : 원웨이클러치 GL : 저단 기어짝
GH : 고단 기어짝 S : 단속장치

Claims (9)

  1. 엔진 및 제1,2모터로부터 전달되는 회전력을 휠에 감속하여 출력하는 감속기구;
    상기 감속기구에 연결된 제1회전요소와, 상기 엔진으로부터 회전력을 제공받는 제2회전요소와, 제1모터로부터 회전력을 제공받는 제3회전요소를 포함하는 제1유성기어장치; 및
    제2모터로부터 회전력을 제공받는 제1회전요소와, 상기 제1유성기어장치의 제1회전요소와 직결된 제2회전요소와, 상기 제1유성기어장치의 제2회전요소와 직결된 제3회전요소를 포함하는 제2유성기어장치;를 포함하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소와 제3회전요소는, 각각 제1선기어와 제1캐리어와 제1링기어이고;
    상기 제2유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소와 제3회전요소는, 각각 제2선기어와 제2캐리어와 제2링기어인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진의 회전력이 제1유성기어장치의 제2회전요소 방향으로만 전달되도록 구비된 원웨이클러치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1유성기어장치의 제2회전요소가 선택적인 고정요소로 작동되도록 구비된 브레이크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1유성기어장치와, 제2유성기어장치와, 제1모터 및 제2모터가 동심축 상에 배치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 감속기구는,
    상기 제2유성기어장치의 제2회전요소와 연결된 감속기어 입력축;
    상기 감속기어 입력축과 나란하게 배치되어 휠에 회전력을 전달하는 감속기어 출력축;
    상기 감속기어 입력축과 감속기어 출력축에 기어비를 달리하여 치합 결합된 복수의 기어짝;
    상기 기어짝 중에서 주행속도에 대응하는 기어짝을 선택하는 단속장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기어짝은,
    저단 기어짝;
    상기 저단 기어짝보다 상대적으로 기어비가 작은 고단 기어짝;을 포함하고,
    상기 단속장치는, 상기 저단 기어짝과 고단 기어짝 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 감속기구는,
    브레이크에 의해 선택적인 고정요소로 작동되는 제1회전요소와, 클러치에 의해 상기 제1회전요소와 선택적으로 연결하되 휠에 회전력을 전달하는 제2회전요소와, 상기 제2유성기어장치의 제2회전요소와 연결된 제3회전요소를 포함하는 제3유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제3유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소와 제3회전요소는, 각각 제3선기어와 제3캐리어와 제3링기어인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 파워트레인.
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