技术领域
[0001] 本
发明涉及混合动力车辆领域，更具体地本发明涉及混合动力系统及包括该混合动力系统的混合动力车辆。
背景技术
[0002] 如图1所示，存在一种如下的混合动力系统，该混合动力系统包括
发动机ICE、
离合器K0、
电机EM和
变速器TM。
[0003] 具体地，发动机ICE为四缸发动机。发动机ICE相对于电机EM位于与变速器TM所在侧的相反侧，并且发动机ICE的
输出轴经由离合器K0与变速器TM的
输入轴传动联接。当离合器K0接合时，发动机ICE的输出轴与变速器TM的输入轴实现传动联接；当离合器K0分离时，发动机ICE的输出轴与变速器TM的输入轴的传动联接断开。
[0004] 离合器K0为例如
干式离合器的常规离合器。
[0005] 电机EM的输入/输出轴与变速器TM的输入轴直接连接，使得电机EM和变速器TM之间能够双向传递驱动力/
扭矩。在以上的混合动力系统中，在电机EM由
电池(未示出)供给
电能的情况下，电机EM作为
电动机向变速器TM的输入轴传递驱动力/扭矩，在电机EM获得来自变速器TM的输入轴的驱动力/扭矩的情况下，电机EM作为发电机对电池充电。
[0006] 在以上的混合动力系统中，当离合器K0接合时，发动机ICE的输出轴和电机EM的输入/输出轴与变速器TM的同一输入轴实现连接。这时，在发动机ICE与电机EM均用于驱动的情况下，发动机ICE的速度与电机EM的速度相同，从而导致发动机ICE的工作点受到限制。
[0007] 另外，在以上的混合动力系统中，不能同时实现发动机ICE的效率最高的工作点与电机EM的效率最高的工作点。
发明内容
[0008] 为了解决上述
现有技术的缺点而做出了本发明。本发明的发明目的在于提供一种新型的混合动力系统，使得该混合动力系统避免了由于发动机与电机的速度必须保持一致而导致发动机的工作点受限的问题。另外，本发明的另一个发明目的在于提供一种包括上述混合动力系统的混合动力车辆。
[0009] 为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案。
[0010] 本发明提供了一种如下的混合动力系统，所述混合动力系统包括：变速器，所述变速器包括第一输入轴、第二输入轴、输出轴以及设置于各轴的多个同步
啮合机构和多个挡位
齿轮，各轴通过所述多个同步啮合机构和所述多个挡位齿轮能够选择性地传动联接；发动机和离合器，所述发动机经由所述离合器与所述第一输入轴传动联接；第一电机，所述第一电机的输入/输出轴与所述第二输入轴传动联接；以及第二电机，所述第二电机的输入/输出轴与所述输出轴传动联接。
[0011] 优选地，所述第一电机的输入/输出轴与所述第二输入轴以同轴的方式直接连接，并且所述第二电机的输入/输出轴与所述输出轴以同轴的方式直接连接。
[0012] 更优选地，所述多个同步啮合机构包括第一同步啮合机构和第二同步啮合机构，所述第一同步啮合机构设置于所述第一输入轴，所述第二同步啮合机构设置于所述输出轴，并且对应于所述第一同步啮合机构的挡位齿轮与固定于所述第二输入轴的挡位齿轮始终处于啮合状态，对应于所述第二同步啮合机构的挡位齿轮与固定于所述第一输入轴的挡位齿轮始终处于啮合状态。
[0013] 优选地，所述混合动力系统还包括控
制模块，所述
控制模块能够控制所述混合动力系统使所述混合动力系统实现串行驱动模式、纯电机驱动模式和/或纯发动机驱动模式，[0014] 当所述混合动力系统处于所述串行驱动模式时，所述发动机、所述第一电机和所述第二电机均处于运行状态，所述离合器接合，所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮接合，使得所述发动机向所述第一电机传递扭矩以使所述第一电机对电池进行充电并且所述第二电机向所述变速器传递扭矩以用于驱动；
[0015] 当所述混合动力系统处于所述纯电机驱动模式时，所述发动机处于停止状态，所述第二电机处于运行状态且所述第一电机处于停止状态或者所述第一电机和所述第二电机均处于运行状态，所述离合器分离，使得所述第二电机向所述变速器传递扭矩以用于驱动或者所述第一电机和所述第二电机两者向所述变速器传递扭矩以用于驱动；和/或[0016] 当所述混合动力系统处于所述纯发动机驱动模式时，所述发动机处于运行状态且所述第一电机和所述第二电机处于停止状态，所述离合器接合，所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮接合，使得所述发动机向所述变速器传递扭矩以用于驱动。
[0017] 更优选地，当所述混合动力系统处于所述纯电机驱动模式时，
[0018] 所述第二电机处于运行状态并且所述第一电机处于停止状态，所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮均断开接合使得所述变速器处于中性状态，所述第二电机向所述变速器的输出轴传递扭矩以用于驱动；或者
[0019] 所述第一电机和所述第二电机均处于运行状态，所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮接合，使得所述第一电机和所述第二电机两者向所述变速器的输出轴传递扭矩以用于驱动。
[0020] 更优选地，除了所述串行驱动模式、所述纯电机驱动模式和所述纯发动机驱动模式以外，所述控制模块还能够控制所述混合动力系统使所述混合动力系统实现分流模式，其中
[0021] 所述发动机、所述第一电机和所述第二电机均处于运行状态，所述离合器接合，所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮接合，使得所述发动机向所述第一电机传递扭矩以使所述第一电机对电池进行充电，并且所述发动机和所述第二电机向所述变速器传递扭矩以用于驱动。
[0022] 更优选地，除了所述串行驱动模式、所述纯电机驱动模式和所述纯发动机驱动模式以外，所述控制模块还能够控制所述混合动力系统使所述混合动力系统实现
制动能量回收模式，其中
[0023] 所述发动机和所述第一电机处于停止状态并且所述第二电机处于运行状态，所述离合器分离，所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮均分离使得所述变速器处于中性状态，所述变速器的输出轴向所述第二电机传递扭矩以使所述第二电机对电池进行充电。
[0024] 更优选地，除了所述串行驱动模式、所述纯电机驱动模式和所述纯发动机驱动模式以外，所述控制模块还能够控制所述混合动力系统使所述混合动力系统实现充电模式，其中
[0025] 所述发动机和所述第一电机均处于运行状态并且所述第二电机处于停止状态，所述离合器接合，所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮接合，使得所述发动机向所述第一电机传递扭矩以使所述第一电机对电池进行充电；或者
[0026] 所述发动机和所述第一电机均处于运行状态并且所述第二电机处于停止状态，所述离合器接合，所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮接合，使得所述发动机向所述第一电机传递扭矩的同时向所述变速器传递扭矩以用于驱动。
[0027] 更优选地，除了所述串行驱动模式、所述纯电机驱动模式和所述纯发动机驱动模式以外，所述控制模块还能够控制所述混合动力系统使所述混合动力系统实现电机辅助驱动模式，其中
[0028] 所述离合器接合，所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮接合，所述发动机和所述第二电机均处于运行状态并且所述第一电机处于停止状态，使得所述发动机和所述第二电机向所述变速器传递扭矩以用于驱动；或者
[0029] 所述离合器接合，所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮接合，所述发动机、所述第一电机和所述第二电机均处于运行状态，使得所述发动机、所述第一电机和所述第二电机向所述变速器传递扭矩以用于驱动。
[0030] 本发明还提供了一种如下的混合动力车辆，所述混合动力车辆包括以上技术方案中任意一项技术方案所述的混合动力系统。
[0031] 通过采用上述技术方案，本发明提供了一种新型的混合动力系统及混合动力车辆，在该混合动力系统中发动机与第一输入轴传动联接，两个电机分别与不同于第一输入轴的第二输入轴和输出轴传动联接，这样在发动机和电机用于驱动时发动机的速度和电机的速度不必相同，因此能够避免发动机的工作点受限的问题；另外，通过在上述变速器的各轴设置多个挡位齿轮和多个同步啮合机构，能够实现发动机的效率最高的工作点与电机的效率最高的工作点。
附图说明
[0032] 图1是示出了现有技术的混合动力系统的连接结构的示意图。
[0033] 图2是示出了根据本发明的一实施方式的混合动力系统的连接结构的示意图。
[0034] 附图标记说明
[0035] ICE发动机 EM电机 EM1第一电机 EM2第二电机 K0离合器 TM变速器 S1第一输入轴 S2第二输入轴 S3输出轴 G1-G9齿轮 A1第一同步啮合机构 A2第二同步啮合机构 DM
差速器具体实施方式
[0036] 以下将结合
说明书附图详细说明本发明的具体实施方式。需要说明的是，在本发明中，“传动联接”是指两个部件之间能够直接传递驱动力/扭矩或者通过必要的
齿轮传动机构或离合器传递驱动力/扭矩。
[0037] (混合动力系统的结构)
[0038] 如图2所示，根据本发明的一实施方式的混合动力系统包括发动机ICE、第一电机EM1、第二电机EM2、离合器K0、变速器TM和差速器DM。
[0039] 在本实施方式中，发动机ICE为四缸发动机。但是该发动机ICE不限于四缸发动机，还可以是其它类型的发动机。如图2所示，发动机ICE相对于离合器K0位于与变速器TM所在侧的相反侧，并且发动机ICE的输出轴能够经由离合器K0与变速器TM的第一输入轴S1传动联接。当离合器K0接合时，发动机ICE的输出轴与变速器TM的第一输入轴S1实现传动联接；当离合器K0分离时，发动机ICE的输出轴与变速器TM的第一输入轴S1的传动联接断开。
[0040] 在本实施方式中，离合器K0不是
双离合器，而是具有一个离合单元的单独的传统离合器。该离合器K0可以为例如干式离合器等的离合器，在这里对该离合器K0的结构不进行具体说明。
[0041] 在本实施方式中，第一电机EM1的输入/输出轴与变速器TM的第二输入轴S2以同轴的方式直接连接，使得第一电机EM1和变速器TM之间能够双向传递驱动力/扭矩。上述“以同轴的方式直接连接”表示第一电机EM1的输入/输出轴与变速器TM的第二输入轴S2可以为同一个轴或者第一电机EM1的输入/输出轴与变速器TM的第二输入轴S2两者之间直接连接。
[0042] 在第一电机EM1由电池(未示出)供给电能的情况下，第一电机EM1作为电动机向变速器TM的第二输入轴S2传递驱动力/扭矩，在第一电机EM1获得来自变速器TM的第二输入轴S2的驱动力/扭矩的情况下，第一电机EM1作为发电机对电池充电。
[0043] 在本实施方式中，第二电机EM2的输入/输出轴与变速器TM的输出轴S3以同轴的方式直接连接。第二电机EM2可以与第一电机EM1共用一组电池或者分别使用不同组的电池。
[0044] 在第二电机EM2由电池(未示出)供给电能的情况下，第二电机EM2作为电动机向变速器TM的输出轴S3传递驱动力/扭矩，在第二电机EM2获得来自变速器TM的输出轴S3的驱动力/扭矩的情况下，第二电机EM2作为发电机对电池充电。
[0045] 在本实施方式中，变速器TM包括彼此平行且间隔开设置的第一输入轴S1、第二输入轴S2和输出轴S3。进一步地，变速器TM还包括用于构成多组齿轮副的挡位齿轮(齿轮G1-G8)、用于输出驱动力/扭矩的输出齿轮(齿轮G9)以及同步啮合机构(第一同步啮合机构A1和第二同步啮合机构A2)。
[0046] 在本实施方式中，第一同步啮合机构A1设置于第一输入轴S1，第二同步啮合机构A2设置于输出轴S3，各同步啮合机构A1、A2均包括同步器系统和齿轮
致动器并分别对应于两个挡位齿轮。具体地，第一同步啮合机构A1对应于齿轮G3、G4；第二同步啮合机构A2对应于齿轮G5、G6。
[0047] 在本实施方式中，变速器TM包括由挡位齿轮构成的4组齿轮副，以下将结合说明书附图说明变速器TM中各组齿轮副。
[0048] 齿轮G1固定于第一输入轴S1，齿轮G5设置于输出轴S3并且齿轮G1与齿轮G5始终处于啮合状态，以构成第1组齿轮副。在向输出轴S3传递驱动力/扭矩时，第1组齿轮副对于发动机ICE和第一电机EM1可用。
[0049] 齿轮G2与齿轮G1间隔开地固定于第一输入轴S1，齿轮G6与齿轮G5间隔开地设置于输出轴S3并且齿轮G2与齿轮G6始终处于啮合状态，以构成第2组齿轮副。在向输出轴S3传递驱动力/扭矩时，该第2组齿轮副对于发动机ICE和第一电机EM1可用。
[0050] 齿轮G3与齿轮G2间隔开地设置于第一输入轴S1，齿轮G7固定于第二输入轴S2并且齿轮G3与齿轮G7始终处于啮合状态，以构成第3组齿轮副。在向输出轴S3传递驱动力/扭矩时，该第3组齿轮副对于第一电机EM1可用。
[0051] 齿轮G4与齿轮G3间隔开地设置于第一输入轴S1，齿轮G8与齿轮G7间隔开地固定于第二输入轴S2并且齿轮G4与齿轮G8始终处于啮合状态，以构成第4组齿轮副。在向输出轴S3传递驱动力/扭矩时，该第4组齿轮副对于第一电机EM1可用。
[0052] 具体地，当发动机ICE经由变速器TM的各轴输出驱动力/扭矩时，发动机ICE的驱动力/扭矩能够经由第1组齿轮副或第2组齿轮副进行传递；当电机EM1经由变速器TM的各轴输出驱动力/扭矩时，电机EM1的驱动力/扭矩能够先经由第3组齿轮副或第4组齿轮副、再经由第1组齿轮副或第2组齿轮副进行传递。
[0053] 另外，在该变速器TM中，以上四组齿轮副均用于传递驱动车辆前进的驱动力/扭矩，通过第一电机EM1和/或第二电机EM2的转动方向改变实现车辆的前进和倒退，但是仍然可以在变速器TM中设置与倒挡对应的齿轮副，在此就不详细说明与倒挡挡位对应的齿轮副了。
[0054] 这样，通过采用上述结构，变速器TM的多个挡位齿轮G1-G8和多个同步啮合机构A1、A2设置于第一输入轴S1、第二输入轴S2和输出轴S3，多个挡位齿轮G1-G8彼此啮合以构成多组齿轮副，多个同步啮合机构A1、A2能够与对应的挡位齿轮接合或断开接合以实现换挡。当需要变速器TM进行换挡作业时，对应的同步啮合机构A1、A2的同步器系统和齿轮致动器进行动作以使得与各挡位对应的齿轮副在各轴之间实现传动联接或断开传动联接。也就是说，通过多个同步啮合机构A1、A2与对应的挡位齿轮G3、G4、G5、G6接合/断开接合能够选择性地使得各轴之间实现传动联接。另外，对于变速器TM，根据需要还可以设置其它的输出轴、中间轴和/或其它的齿轮副和同步啮合机构。
[0055] 作为输出轴S3的输出齿轮的齿轮G9固定于输出轴S3并且与差速器DM的
外齿圈始终处于啮合状态，以实现输出轴S3与差速器DM之间的传动联接。
[0056] 此外，在本实施方式中，差速器DM与变速器TM的输出轴S3传动联接，用于将来自变速器TM的驱动力/扭矩传递到车辆的
车轮以用于驱动。在本实施方式中，差速器DM不包括在变速器TM中，但是根据需要也可以将差速器DM整合到变速器TM中。
[0057] 以上详细地说明了根据本发明的一实施方式的混合动力系统的具体结构，以下将说明该混合动力系统的控制方式。
[0058] (混合动力系统的控制方式)
[0059] 图2中示出的根据本发明的一实施方式的混合动力系统还包括控制模块(图中未示出)，该控制模块用于控制混合动力系统以使混合动力系统分别处于多种模式，以下表1示出了在多种模式下混合动力系统中各部件的工作状态。
[0060] [表1]
[0061]
[0062]
[0063] 需要说明的是，在以上的表1中的“驱动”是指电机EM1、EM2向变速器TM传递用于驱动的驱动力/扭矩；在以上的表1中的“发电”是指电机EM1、EM2经由变速器TM接收来自发动机ICE的驱动力/扭矩以用于向电池进行充电；在以上表1中的“左/右”对于第一同步啮合机构A1是指与齿轮G3或齿轮G4接合，对于第二同步啮合结构A2是指与齿轮G5和齿轮G6接合；在以上表1中的“中间”对于第一同步啮合机构A1是指与齿轮G3和齿轮G4均断开接合，对于第二同步啮合机构A2是指与齿轮G5和齿轮G6均断开接合。
[0064] 由以上的表1可知，控制模块能够控制混合动力系统使混合动力系统实现如下暗中运行模式，即串行驱动模式、纯电机驱动模式和纯发动机驱动模式。
[0065] 当混合动力系统处于串行驱动模式时，发动机ICE、第一电机EM1和第二电机EM2均处于运行状态，离合器K0接合，第一同步啮合机构A1与齿轮G3或齿轮G4接合且第二同步啮合机构A2与齿轮G5和齿轮G6均断开接合从而发动机ICE向第一电机EM1传递扭矩以使第一电机EM1对电池进行充电，并且第二电机EM2向变速器TM的输出轴S3传递扭矩以用于驱动。
[0066] 当混合动力系统处于纯电机驱动模式时，包括如下两种情况：
[0067] 单电机模式，其中发动机ICE和第一电机EM1处于停止状态并且第二电机EM2处于运行状态，离合器K0分离，第一同步啮合机构A1与齿轮G3和齿轮G4均断开接合且第二同步啮合机构A2与齿轮G5和齿轮G6均断开接合，使得变速器TM处于中性状态，从而第二电机EM2向变速器TM的输出轴S3传递扭矩以用于驱动；或者
[0068] 双电机模式，其中发动机ICE处于停止状态并且第一电机EM1和第二电机EM2均处于运行状态，离合器K0分离，第一同步啮合机构A1与齿轮G3或齿轮G4接合且第二同步啮合机构A2与齿轮G5或齿轮G6接合，从而第一电机EM1和第二电机EM2两者向变速器TM的输出轴S3传递扭矩以用于驱动。
[0069] 当混合动力系统处于纯发动机驱动模式时，第一电机EM1和第二电机EM2均处于停止状态且发动机ICE处于运行状态，离合器K0接合，第一同步啮合机构A1与齿轮G3和齿轮G4均断开接合且第二同步啮合机构A2与齿轮G5或齿轮G6接合，从而发动机ICE向变速器TM的第一输入轴S1传递扭矩。这时，混合动力系统与传统的
汽油动力系统的工作状态是一样的。
[0070] 进一步地，如表1所示，除了串行驱动模式、纯电机驱动模式和纯发动机驱动模式以外，控制模块还能够控制混合动力系统使混合动力系统实现如下的分流模式。
[0071] 当混合动力系统处于分流模式时，发动机ICE、第一电机EM1和第二电机EM2均处于运行状态，离合器K0接合，第一同步啮合机构A1与齿轮G3或齿轮G4接合且第二同步啮合机构A2与齿轮G5或齿轮G6接合，从而使得发动机ICE向第一电机EM1传递扭矩以使第一电机EM1对电池进行充电，并且发动机ICE和第二电机EM2向变速器TM的输出轴S3传递扭矩以用于驱动。
[0072] 进一步地，如表1所示，除了串行驱动模式、纯电机驱动模式和纯发动机驱动模式以外，控制模块还能够控制混合动力系统使混合动力系统实现如下的制
动能量回收模式。
[0073] 在混合动力系统处于制动能量回收模式时，发动机ICE和第一电机EM1处于停止状态并且第二电机EM2处于运行状态，离合器K0分离，第一同步啮合机构A1与齿轮G3和齿轮G4均断开接合且第二同步啮合机构A2与齿轮G5和齿轮G6均断开接合，使得变速器TM处于中性状态，变速器TM的输出轴S3向第二电机EM2传递扭矩，从而制动能量的一部分经由变速器TM的输出轴S3传递到第二电机EM2，第二电机EM2作为发电机对电池进行充电，以回收一部分制动能量。
[0074] 进一步地，如表1所示，除了串行驱动模式、纯电机驱动模式和纯发动机驱动模式以外，控制模块能够控制混合动力系统使混合动力系统实现如下充电模式。当混合动力系统处于充电模式时，包括如下两种情况：
[0075] 静止时充电模式，其中发动机ICE和第一电机EM1均处于运行状态并且第二电机EM2处于停止状态，离合器K0接合，第一同步啮合机构A1与齿轮G3或齿轮G4接合且第二同步啮合机构A2与齿轮G5和齿轮G6均断开接合，从而发动机ICE向第一电机EM1传递扭矩使得第一电机EM1对电池进行充电；或者
[0076] 驱动时充电模式，其中发动机ICE和第一电机EM1均处于运行状态并且第二电机EM2处于停止状态，离合器K0接合，第一同步啮合机构A1与齿轮G3或齿轮G4接合且第二同步啮合机构A2与齿轮G5或齿轮G6接合，此时发动机ICE向第一电机EM1传递扭矩的并且向变速器TM的输出轴S3传递扭矩以用于驱动。
[0077] 进一步地，如表1所示，除了串行驱动模式、纯电机驱动模式和纯发动机驱动模式以外，控制模块还能够控制混合动力系统使混合动力系统实现电机辅助驱动模式。当混合动力系统处于电机辅助驱动模式时，具体地包括如下两种情况：
[0078] 单电机辅助驱动模式，其中发动机ICE和第二电机EM2均处于运行状态并且第一电机EM1处于停止状态，离合器K0接合，第一同步啮合机构A1与齿轮G3和齿轮G4均断开接合且第二同步啮合机构A2与齿轮G5接合，使得发动机ICE和第二电机EM2向变速器TM的输出轴S3传递扭矩以用于驱动；或者
[0079] 双电机辅助驱动模式，其中发动机ICE、第一电机EM1和第二电机EM2均处于运行状态，离合器K0接合，第一同步啮合机构A1与齿轮G4接合且第二同步啮合机构A2与齿轮G5接合，使得发动机ICE、第一电机EM1和第二电机EM2向变速器TM的输出轴S3传递扭矩以用于驱动。
[0080] 另外，本发明还提供了一种混合动力车辆，该混合动力车辆包括具有以上结构的混合动力系统。
[0081] 通过采用上述技术方案，本发明提供了一种新型的混合动力系统及混合动力车辆，该混合动力系统具有如下优点。
[0082] 一方面，该混合动力系统能够灵活地调节和选择发动机ICE、第一电机EM1和第二电机EM2之间的
传动比，从而使得系统获得最佳的组合效率；该混合动力系统能够适配第一电机EM1的速度来调节发动机ICE的速度，从而能够同时实现最优效率的电机工作点和最优效率的发动机工作点。
[0083] 另一方面，该混合动力系统在荷电
水平较低的情况下可以采用串行驱动模式，既保证了车辆的正常行驶又能够对电池进行能够有效地充电，该串行驱动模式还能够增强该混合动力系统的鲁棒性和
稳定性，尤其在城区驾驶过程中处于较低的荷电水平的情况下特别有效。
