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KR101491252B1 - 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

플러그인 하이브리드 차량 구동 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR101491252B1
KR101491252B1 KR20130057784A KR20130057784A KR101491252B1 KR 101491252 B1 KR101491252 B1 KR 101491252B1 KR 20130057784 A KR20130057784 A KR 20130057784A KR 20130057784 A KR20130057784 A KR 20130057784A KR 101491252 B1 KR101491252 B1 KR 101491252B1
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Abstract

본 발명은 하나의 유성기어와 클러치 및 브레이크를 조합하여 구성한 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1개의 전기차 모드와 2개의 하이브리드 모드로 통상의 주행 영역에서 효율적인 운전이 가능하도록 한 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 차량에 구동 토크를 공급하기 위한 엔진, 상기 엔진에 직접적으로 연결되고 발전하여 변속기에 구동토크를 공급하기 위한 제1 모터 제너레이터, 상기 제1 모터 제너레이터와 변속기 사이에 개재되고, 제1 모터 제너레이터와 변속기 간의 회전 동력을 선택적으로 전달시키는 클러치, 상기 제1 모터 제너레이터와 전기적으로 연결되고, 발전하여 상기 변속기에 상시 구동 토크를 공급하는 제2 모터 제너레이터 및 상기 제1, 2 모터 제너레이터에 전원을 공급하고 상기 제1, 2 모터 제너레이터에 의해 충전되는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치를 제공한다.

Description

플러그인 하이브리드 차량 구동 장치 및 그 제어 방법{DRIVE APPARATUS FOR PLUG-IN HYBRID VEHICLE AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 하나의 유성기어와 클러치 및 브레이크를 조합하여 구성한 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1개의 전기차 모드와 2개의 하이브리드 모드로 통상의 주행 영역에서 효율적인 운전이 가능하도록 한 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치는 클러치와 브레이크의 조합으로 전기 자동차(electrical vehicle; EV) 모드, 연계(series; 엔진 충전, 모터 구동) 모드, 동력 분기(power split) 모드 구현이 가능하고, 배터리가 충분할 경우 charging depleting 구간에서 EV모드만으로 주행이 가능하다.
한편, 배터리가 하한에 도달한 경우 series 주행과 power split모드로 charging sustaining구간에서 배터리 SOC(state-of-charge)를 유지하면서 주행하게 된다.
도 1에 도시한 바와 같이 종래기술에 의한 플러그인 하이브리드 차량 구동장치는 클러치를 2개 사용하고, 2개의 모터로 구동된다. 즉, 전기차 주행 모드 중 EV1로 설정되는 경우 브레이크(BK)가 작동되고, 전기차 주행 모드 중 EV2로 설정되는 경우 제2 클러치(CL2)가 작동됨으로써 전기 동력만으로 주행하게 된다. 한편, 하이브리드 주행 모드 중 Series모드로 설정되는 경우 브레이크(BK)와 제1 클러치(CL1)가 작동되고, 하이브리드 주행 모드 중 동력 분기(Power split) 모드로 설정되는 경우 제1 클러치(CL1) 및 제2 클러치(CL2)가 작동됨으로써 엔진(Engine)과 제1, 2 모터제너레이터(MG1, MG2)의 동력을 분기하여 차량을 주행시키도록 되어 있다.
여기서, 상기 EV2 모드는 고속 저부하 영역에서 사용되고, 통상의 주행 영역에서는 빈도수가 작기 때문에 북미 UDDS연비 인증 모드 주행 중에 7%만을 차지한다. 즉, EV2 모드를 EV1 모드로 대체하여도 동등 수준의 연비를 나타내므로 2개의 클러치를 구성하기 위하여 불필요하게 부품수가 증대되는 문제점을 내포한다.
미국특허공개공보 US 2008/0243322 A1
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 구조를 단순화함과 동시에 연비를 유지할 수 있는 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치는 차량에 구동 토크를 공급하기 위한 엔진, 상기 엔진에 직접적으로 연결되고 발전하여 변속기에 구동토크를 공급하기 위한 제1 모터 제너레이터, 상기 제1 모터 제너레이터와 변속기 사이에 개재되고, 제1 모터 제너레이터와 변속기 간의 회전 동력을 선택적으로 전달시키는 클러치, 상기 제1 모터 제너레이터와 전기적으로 연결되고, 발전하여 상기 변속기에 상시 구동 토크를 공급하는 제2 모터 제너레이터 및 상기 제1, 2 모터 제너레이터에 전원을 공급하고 상기 제1, 2 모터 제너레이터에 의해 충전되는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변속기는 각각 1개의 선기어, 링기어, 유성 캐리어로 이루어지는 싱글 피니언 유성기어 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 링기어는 브레이크에 의해 변속기 케이스와 선택적으로 연결되어 회전 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상기 선기어는 상기 제2 모터 제너레이터와 일체로 회전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유성 캐리어는 차량의 출력축에 직결되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 플러그인 하이브리드 차량 제어 방법은 각각 1개의 선기어, 링기어, 유성 캐리어로 이루어지는 유성 기어 세트, 차량 엔진의 회전동력을 공급받는 제1 모터 제너레이터, 상기 제1 모터 제너레이터와 전기적으로 연결되는 제2 모터 제너레이터, 상기 제1 모터 제너레이터와 제2 모터 제너레이터에 전원을 공급하기 위한 배터리, 상기 제1 모터 제너레이터와 링기어 사이에 개재되는 클러치를 포함하는 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치를 제어하는 방법에 있어서, 차량의 운전 조건이 전기 주행 모드(EV)로 설정되는 경우 브레이크가 체결됨으로써 상기 링기어를 회전 고정시키고, 클러치를 해제시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 차량의 운전 조건이 설정 차속 이하로 되어 저속 하이브리드(HEV) 모드로 설정되는 경우 상기 클러치는 해제된 상태를 유지하고, 브레이크가 체결됨으로써 엔진 동력을 이용하여 상기 제1 모터 제너레이터를 발전시키며, 상기 제2 모터 제너레이터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 차량의 운전 조건이 설정 차속을 초과하여 고속 하이브리드(HEV) 모드로 설정되는 경우 상기 클러치가 체결됨과 동시에 상기 브레이크가 해제됨으로써 엔진과 제2 모터 제너레이터의 출력이 유성 캐리어를 통하여 차량의 출력축으로 동시에 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치에 의하면, 종래 대비 1개의 클러치를 삭제함으로써 구조를 단순화할 수 있다.
또한, 엔진과 제1 모터 제너레이터 사이의 클러치를 삭제하여 파워트레인의 부피 및 전장이 감소하므로 패키지화에 용이하다.
도 1은 종래기술에 의한 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 적용되는 마찰요소 작동표를 나타낸 것이다.
도 3은 본원발명의 일 실시예에 의한 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에 적용되는 마찰요소 작동표를 나타낸 것이다.
도 5는 본원발명의 일 실시예에 의한 플러그인 하이브리드 차량 제어 방법의 전기 주행 모드 시의 동력 전달 흐름을 나타낸 것이다.
도 6은 본원발명의 일 실시예에 의한 플러그인 하이브리드 차량 제어 방법의 저속 하이브리드 모드 시의 동력 전달 흐름을 나타낸 것이다.
도 7은 본원발명의 일 실시예에 의한 플러그인 하이브리드 차량 제어 방법의 고속 하이브리드 모드 시의 동력 전달 흐름을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본원발명의 일 실시예에 의한 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 2에 도시한 바와 같이 본원발명의 일 실시예에 의한 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치는 엔진(100), 제1 모터 제너레이터(201), 제2 모터 제너레이터(202), 배터리(300), 변속기(400), 출력축(500) 및 마찰요소(CL2, BK)를 포함한다.
상기 엔진(100)에 의해 차량의 구동 토크가 생성된다. 이러한 엔진(100)의 크랭크 축(미도시)는 상기 제1 모터 제너레이터(201)에 직결되도록 한다.
또한, 상기 제1 모터 제너레이터(201)는 상기 제2 모터 제너레이터(202)와 연결된 상태로 상기 배터리(300)에 의해 전원을 공급받을 수 있도록 연결된다. 여기서, 상기 배터리(300)에는 충전 장치(310)가 연결되어서 전원을 충전할 수 있도록 한다.
상기 변속기(400)는 각각 하나의 선기어(S), 유성 캐리어(C) 및 링기어(R)를 구비하는 싱글 피니언 유성 기어 세트(410)로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 선기어(S)는 상기 제2 모터 제너레이터(202)와 직결되고, 상기 유성 캐리어(C)는 상기 출력축(500)과 직결되며, 상기 링기어(R)는 상기 브레이크(BK)에 의해 변속기 케이스(420)와 선택적으로 연결됨으로써 회전 고정된다.
상기 클러치(CL2)는 상기 제1 모터 제너레이터(201) 및 상기 변속기(400)의 링기어(R) 사이에 개재되어서 상기 제1 모터 제너레이터(201)와 링기어(R)를 선택적으로 연결할 수 있도록 배치된다.
전술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 의한 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치 및 그 제어 방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 3에 적용되는 마찰요소 작동표를 나타낸 것이고, 도 5는 본원발명의 일 실시예에 의한 플러그인 하이브리드 차량 제어 방법의 전기 주행 모드 시의 동력 전달 흐름을 나타낸 것이고, 도 6은 본원발명의 일 실시예에 의한 플러그인 하이브리드 차량 제어 방법의 저속 하이브리드 모드 시의 동력 전달 흐름을 나타낸 것이며, 도 7은 본원발명의 일 실시예에 의한 플러그인 하이브리드 차량 제어 방법의 고속 하이브리드 모드 시의 동력 전달 흐름을 나타낸 것이다.
우선, 도 4에 도시한 바와 같이 차량의 운전 조건이 EV 모드로 설정되는 경우, 브레이크(BK)가 체결됨으로써 링기어(R)를 회전 고정시키고, 클러치(CL2)가 해제된다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 브레이크(BK)에 의해 변속기(400)의 링기어(R)가 회전 고정되므로 유성 캐리어(C)를 통하여 감속된 속도비가 출력된다. 이때, 상기 배터리(300)의 전원이 상기 제2 모터 제너레이터로만 공급되도록 제어된다. 따라서, 상기 배터리(300)에 충전된 전원만으로 차량이 주행되도록 제2 모터 제너레이터(202)를 구동시키게 된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이 차량의 운전 조건이 설정 차속 이하로 저속 하이브리드(HEV) 모드로 설정되는 경우, 클러치(CL2)는 해제된 상태를 유지하고 브레이크(BK)가 체결됨으로써, 도 6에 도시한 바와 같이 엔진(100)에 직결된 제1 모터 제너레이터(201)가 발전됨과 동시에 제2 모터 제너레이터(202)가 단독으로 구동된다. 따라서, 상기 제1 모터 제너레이터(201)의 발전 및 제2 모터 제너레이터(202)의 구동이 동시에 이루어지게 된다. 여기서, 상기 설정 차속은 예를 들면, 통상 100km/h 내외로 설정될 수 있을 것이다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이 차량의 운전 조건이 설정 차속을 초과하여 고속 하이브리드(HEV) 모드로 설정되는 경우, 브레이크(BK)가 해제됨과 동시에 클러치(CL2)가 체결됨으로써, 도 7에 도시한 바와 같이 엔진(100)에 직결된 제1 모터 제너레이터(201)가 상기 클러치(CL2)에 의해 변속기(400)의 링기어(R)와 직결되므로, 엔진(100)의 출력이 유성 캐리어(C)를 통하여 출력축(500)으로 전달되고, 선기어(S)에 직결된 제2 모터 제너레이터(202)의 구동력이 상기 유성 캐리어(C)를 통하여 출력축(500)으로 전달되도록 제어된다.
상기와 같이 본 발명에 의한 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치에 의하면 종래 대비 클러치 1개 삭제로 인한 부피감소, 원가절감 및 클러치 해제 조건에서 발생하는 드래그 량 감소의 효과를 갖는다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 엔진
201: 제1 모터 제너레이터
202: 제2 모터 제너레이터
300: 배터리
310: 충전 장치
400: 변속기
410: 유성기어세트
420: 변속기 케이스
500: 출력축
S: 선기어
C: 유성 캐리어
R: 링기어
CL2: 클러치
BK: 브레이크

Claims (8)

  1. 차량에 구동 토크를 공급하기 위한 엔진;
    상기 엔진에 직접적으로 연결되고 발전하여 변속기에 구동토크를 공급하기 위한 제1 모터 제너레이터;
    상기 제1 모터 제너레이터와 변속기 사이에 개재되고, 제1 모터 제너레이터와 변속기 간의 회전 동력을 선택적으로 전달시키는 클러치;
    상기 제1 모터 제너레이터와 전기적으로 연결되고, 발전하여 상기 변속기에 상시 구동 토크를 공급하는 제2 모터 제너레이터; 및
    상기 제1, 2 모터 제너레이터에 전원을 공급하고 상기 제1, 2 모터 제너레이터에 의해 충전되는 배터리를 포함하고,
    상기 변속기는 각각 1개의 선기어, 링기어, 유성 캐리어로 이루어지는 싱글 피니언 유성기어 구조로 이루어지며,
    상기 유성 캐리어는 차량의 출력축에 직결되는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 링기어는 브레이크에 의해 변속기 케이스와 선택적으로 연결되어 회전 고정되는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선기어는 상기 제2 모터 제너레이터와 일체로 회전되는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치.
  5. 삭제
  6. 각각 1개의 선기어, 링기어, 유성 캐리어로 이루어지는 유성 기어 세트, 차량 엔진의 회전동력을 공급받는 제1 모터 제너레이터, 상기 제1 모터 제너레이터와 전기적으로 연결되는 제2 모터 제너레이터, 상기 제1 모터 제너레이터와 제2 모터 제너레이터에 전원을 공급하기 위한 배터리, 상기 제1 모터 제너레이터와 링기어 사이에 개재되는 클러치를 포함하는 플러그인 하이브리드 차량 구동 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    차량의 운전 조건이 전기 주행 모드(EV)로 설정되는 경우 브레이크가 체결됨으로써 상기 링기어를 회전 고정시키고, 클러치를 해제시키는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    차량의 운전 조건이 설정 차속 이하로 되어 저속 하이브리드(HEV) 모드로 설정되는 경우 상기 클러치는 해제된 상태를 유지하고, 브레이크가 체결됨으로써 엔진 동력을 이용하여 상기 제1 모터 제너레이터를 발전시키며, 상기 제2 모터 제너레이터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    차량의 운전 조건이 설정 차속을 초과하여 고속 하이브리드(HEV) 모드로 설정되는 경우 상기 클러치가 체결됨과 동시에 상기 브레이크가 해제됨으로써 엔진과 제2 모터 제너레이터의 출력이 유성 캐리어를 통하여 차량의 출력축으로 동시에 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량 제어 방법.
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