CN107697061A - 混合动力驱动系统及混合动力汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力驱动系统及混合动力汽车。其中混合动力驱动系统包括发动机、行星轮系，第一电机、第二电机、一挡齿轮机构、二档齿轮机构、第一同步器、第二同步器、第一接合件、第二接合件以及第三接合件；第一接合件与行星轮系的动力输出端传动连接；第二接合件与第二电机传动连接；第一同步器和第二同步器与第二电机传动连接且位于所第二接合件和第二电机之间；第三接合件与第二同步器的滑套固定连接，并与第一接合件以可滑动的方式连接；一挡齿轮机构设置在第一同步器和第二电机之间，二挡齿轮机构设置在第一同步器和第二同步器之间。该混合动力驱动系统具有无动力中断、油耗低、工作模式多样化、效率高的特点。

Description

混合动力驱动系统及混合动力汽车
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，特别涉及一种混合动力驱动系统及混合动力汽车。
背景技术
随着科技的发展，汽车已成为人们日常生活中不可缺少的部分。目前，汽车按动力源分类主要包括内燃机汽车和电动汽车。
其中，内燃机汽车是发动机将化石燃料(如汽油、柴油等)燃烧产生的化学能转化为机械能为汽车提供动力来驱动汽车行驶，电动汽车是电机将电能转化为机械能为汽车提供动力来驱动车轮行驶。
但是，内燃机汽车燃烧化石燃料产生的尾气会对环境造成污染，不符合节能、环保的要求。以电能替代化石燃料为汽车提供动力虽然不会对环境造成污染，节能且环保，但是电池续航能力有限，使得电动汽车续航里程较短，不利于推广应用。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明实施例提供了一种混合动力驱动系统以及应用该混合动力驱动系统的混合动力汽车，将化石燃料和电能结合起来使用，既缓解了化石燃料的危机，又弥补了电动汽车续航能力差的不足。
具体而言，包括以下的技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种混合动力驱动系统，包括：发动机、具有两个动力输入端和一个动力输出端的行星轮系，第一电机、第二电机、一挡齿轮机构、二档齿轮机构、第一同步器、第二同步器、第一接合件、第二接合件以及第三接合件。
所述行星轮系的一个动力输入端与所述发动机传动连接，所述行星轮系的另一个动力输入端与所述第一电机传动连接，所述第一接合件与所述行星轮系的动力输出端传动连接。
所述第二接合件与所述第二电机传动连接。
所述第一同步器和所述第二同步器与所述第二电机传动连接且位于所所述第二接合件和所述第二电机之间，所述第一同步器靠近所述第二电机。
所述第三接合件与所述第二同步器的滑套固定连接，并与所述第一接合件以可滑动的方式连接。
所述一挡齿轮机构设置在所述第一同步器和所述第二电机之间，所述二挡齿轮机构设置在所述第一同步器和所述第二同步器之间。
所述一挡齿轮机构和所述二挡齿轮机构的传动比不同。
所述一挡齿轮机构和所述二挡齿轮机构与车轮传动连接。
进一步地，所述行星轮系包括：通过发动机轴与所述发动机传动连接的太阳轮，与所述太阳轮相啮合的行星轮，内圈轮齿与所述行星轮相啮合的齿圈，与所述行星轮通过销轴连接的行星架；所述第一电机与所述齿圈的外圈轮齿传动连接；所述第一接合件通过第一传动轴与所述行星架传动连接。
进一步地，所述齿圈固定套设在所述第一电机的转子内，所述发动机和第一电机同轴设置。
进一步地，所述混合动力驱动系统还包括：设置在所述发动机轴上、且位于所述发动机和所述太阳轮之间的第一单向离合器，以及，设置在所述发动机轴上、且位于所述太阳轮和所述行星架之间的第二单向离合器。
进一步地，所述第二接合件通过第二电机轴与所述第二电机传动连接；所述第一同步器和所述第二同步器套设在所述第二电机轴上；所述一挡齿轮机构包括相互啮合的一挡主动齿轮和一挡被动齿轮，所述一挡主动齿轮套设在所述第二电机轴上且位于所述第一同步器和所述第二电机之间；所述二挡齿轮机构包括相互啮合的二挡主动齿轮和二挡被动齿轮，所述二挡主动齿轮套设在所述第二电机轴上且位于所述第一同步器和所述第二同步器之间；所述混合动力驱动系统还包括：相互啮合的主动减速齿轮和被动减速齿轮，所述主动减速齿轮、所述二挡被动齿轮和所述一挡被动齿轮通过第二传动轴传动连接；所述车轮与所述被动减速齿轮传动连接。
进一步地，所述第一接合件、所述第二接合件、所述第三接合件均为圆筒形，且所述第一接合件和所述第三接合件通过花键连接。
进一步地，所述混合动力驱动系统的工作模式包括：纯电动模式；所述纯电动模式中，
所述发动机处于停机状态，所述第一电机处于静止状态(非工作状态)，所述第二同步器处于中间位置，所述第一同步器与所述一挡齿轮机构或所述二挡齿轮机构接合，所述第二电机处于电动状态；
或者，
所述发动机处于停机状态，所述第二同步器与所述二挡齿轮机构或者所述第二接合件接合，所述第一同步器与所述一挡齿轮机构或二挡齿轮机构接合，所述第一电机和所述第二电机均处于电动状态。
进一步地，所述混合动力驱动系统的工作模式包括：纯发动机驱动模式；所述纯发动机驱动模式中：
所述第一电机和所述第二电机处于空转随动状态，所述第一同步器与所述一挡齿轮机构接合，所述第二同步器与所述第二接合件接合，所述发动机处于工作状态；
或者，
所述第一电机和所述第二电机处于空转随动状态，所述第一同步器处于中间位置，所述第二同步器与所述二挡齿轮机构接合，所述发动机处于工作状态。
进一步地，所述混合动力驱动系统的工作模式包括：混动并联驱动模式；所述混动并联驱动模式中：
所述发动机处于工作状态，所述第一电机和/或所述第二电机处于电动状态，所述第二同步器与所述二挡齿轮机构接合，所述第一同步器与所述二挡齿轮机构或所述一挡齿轮机构接合；
或者，
所述发动机处于工作状态，所述第一电机和/或所述第二电机处于电动状态，所述第二同步器与所述第二接合件接合，所述第一同步器与所述二挡齿轮机构或所述一挡齿轮机构接合；
当所述第一电机和所述第二电机中仅有一个电机处于电动状态时，另一个电机处于空转随动状态或者发电状态。
进一步地，所述混合动力驱动系统的工作模式包括：串联增程模式；所述串联增程模式中：
所述第二同步器处于中间位置，所述第一同步器与所述一挡齿轮机构或二挡齿轮机构接合，所述第二电机处于电动状态，所述发动机处于工作状态，所述第一电机处于发电状态。
进一步地，所述混合动力驱动系统的工作模式包括：再生制动发电模式和停车发电模式；
所述再生制动发电模式中，所述第二同步器处于中间位置，所述第一电机处于静止状态；所述第一同步器与所述一挡齿轮机构或所述二挡齿轮机构接合；所述第二电机处于发电状态；
所述停车发电模式中，车辆静止，所述第一同步器和所述第二同步器处于中间位置，所述第二电机处于空转随动状态，所述发动机处于工作状态，所述第一电机处于发电状态。
第二方面，本发明实施例提供了一种混合动力汽车，包括动力驱动系统，其特征在于，所述动力驱动系统为本发明实施例第一方面所述的混合动力驱动系统。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明实施例提供了一种将化石燃料和电能结合使用的混合动力驱动系统。该混合动力驱动系统中，可通过控制第一同步器与一挡齿轮机构或者二挡齿轮机构接合或者处于二者中间的位置，第二同步器与二挡齿轮机构或者第二接合件或者处于二者中间的位置，并且控制发动机、第一电机和第二电机的运行状态，来实现混合动力驱动系统在纯电动模式、纯发动机驱动模式、混动并联驱动模式、行车充电模式、串联增程模式、再生制动发电模式、停车发电模式等工作模式之间的切换，并且，还可实现不同挡位之间的切换，从而满足车辆行驶需求。同时，该混合动力驱动系统还可实现无动力中断切换操作，从而保证行车安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍
图1为本发明实施例提供的混合动力驱动系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的混合动力驱动系统的行星轮系杠杆调速原理示意图。
附图标记分别表示：
1-发动机；
2-第一单向离合器；
3-太阳轮；
4-行星轮；
5-齿圈；
6-第一电机；
7-第一接合件；
8-第三接合件；
9-第二同步器；
10-二挡主动齿轮；
11-第一同步器；
12-一挡主动齿轮；
13-第二电机；
14-一挡被动齿轮；
15-二挡被动齿轮；
16-主减主动齿轮；
17-被动减速齿轮；
18-第三接合件；
19-第二单向离合器；
20-行星架；
X-车轮；
Y1-发动机轴；
Y2-第二电机轴；
Y3-第一传动轴；
Y4-第二传动轴。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
第一方面，本发明实施例提供了一种混合动力驱动系统，如图1所示，该混合动力驱动系统包括：发动机1、具有两个动力输入端和一个动力输出端的行星轮系，第一电机6、第二电机13、一挡齿轮机构、二档齿轮机构、第一同步器11、第二同步器9、第一接合件7、第二接合件18以及第三接合件8。
其中，行星轮系的一个动力输入端与发动机1传动连接，行星轮系的另一个动力输入端与第一电机6传动连接，第一接合件7与行星轮系的动力输出端传动连接。
第二接合件18与第二电机13传动连接。
第一同步器11和第二同步器9与第二电机13传动连接且位于所第二接合件18和第二电机13之间，第一同步器11靠近第二电机13。
第三接合件8与第二同步器9的滑套固定连接，并与第一接合件7以可滑动的方式连接。
一挡齿轮机构设置在第一同步器11和第二电机13之间，二挡齿轮机构设置在第一同步器11和第二同步器9之间。
一挡齿轮机构和二挡齿轮机构的传动比不同。
一挡齿轮机构和二挡齿轮机构与车轮X传动连接。
本发明实施例提供了一种将化石燃料和电能结合使用的混合动力驱动系统。该混合动力驱动系统中，发动机1、第一电机6以及第二电机13为动力源，行星轮系主要用于第一单机6和发动机1之间的动力传递以及分配，并最终将动力传递给车轮X以驱动车辆行驶。
本发明实施例提供的混合动力驱动系统中，设置有传动比不同的一挡齿轮机构和二挡齿轮机构，动力源输出的动力通过一挡齿轮机构或者二挡齿轮机构传递给车轮X。同时，该混合动力系统中，第一同步器11与第二电机13传动连接，第一同步器11又可与一挡传动齿轮机构或者二挡传动齿轮机构接合，从而通过一挡传动齿轮机构或者二挡传动齿轮机构将第二电机13的动力传递至车轮。第三接合件8将与行星轮系的动力输出端传动连接的第一接合件7和第二同步器9的滑套连接，第二同步器9可与二挡齿轮机构或者第二接合件18接合，从而将发动机1的动力、或者第一电机6的动力、或者发动机1和第一电机6耦合偶的动力传递给二挡齿轮机构或者一挡齿轮机构，进而传递给车轮X。由于第三接合件8以可滑动的方式与第一结合件7连接，因此不影响第二同步器9的正常运行
通过以上所述可以看出，本发明实施例提供的混合动力驱动系统中，通过控制第一同步器11与一挡齿轮机构或者二挡齿轮机构接合或者处于二者中间的位置，第二同步器9与二挡齿轮机构或者第二接合件8或者处于二者中间的位置，并且控制发动机1、第一电机6和第二电机13的运行状态，可实现混合动力驱动系统在纯电动模式、纯发动机驱动模式、混动并联驱动模式、行车充电模式、串联增程模式、再生制动发电模式、停车发电模式等工作模式之间的切换，并且，还可实现不同挡位之间的切换，从而满足车辆行驶需求。同时，本发明实施例提供的混合动力驱动系统还可实现无动力中断切换操作，以保证行车安全。
具体地，如图1所示，行星轮系包括：通过发动机轴Y1与发动机1传动连接的太阳轮3，与太阳轮3相啮合的行星轮4，内圈轮齿与行星轮4相啮合的齿圈5，与行星轮4通过销轴连接的行星架20。
可以理解的是，太阳轮3和齿圈5分别是行星轮系的两个动力输出端，行星架20则为行星轮系的动力输出端。基于此，第一电机6与齿圈5的外圈轮齿传动连接；而第一接合件7通过第一传动轴Y3与行星架20传动连接。
为了减小该混合动力驱动系统的体积，使结构紧凑，便于在整车上的集成设计，可将齿圈5固定套设在第一电机6的转子内，即将行星轮系集成在第一电机6转子内部，并且发动机1、第一电机6以及第二发电机13同轴设置。
如图1所示，本发明实施例提供的混合动力驱动系统还包括：设置在发动机轴Y1上、且位于发动机1和太阳轮3之间的第一单向离合器2，以及，设置在发动机轴Y1上、且位于太阳轮3和行星架20之间的第二单向离合器19。
其中，第一单向离合器2用于防止发动机1反转；第二单向离合器19的作用在于：允许行星架20转速高于太阳轮3的转速以实现第一电机6的动力传递，或者当发动机1的转速与行星架20转速同步时，发动机1的动力可通过第二单向离合器19传递至行星架20，由行星架20耦合发动机1与第一电机6的动力或者由行星架20将发动机1的动力传递至第一电机6。
单向离合器为能够自动接合或者自动分离的离合器，采用单向离合器，则不需要设置摩擦式离合器，即不需要设置诸如液压控制单元等离合器执行系统。
如图1所示，本发明实施例提供的混合动力驱动系统中，第二接合件18通过第二电机轴Y2与第二电机13传动连接，第一同步器12和第二同步器9套设在第二电机轴Y2上，即第二电机12和第一同步器11同轴设置。
一挡齿轮机构包括相互啮合的一挡主动齿轮12和一挡被动齿轮14，一挡主动齿轮12套设在第二电机轴Y2上且位于第一同步器11和第二电机13之间。
二挡齿轮机构包括相互啮合的二挡主动齿轮10和二挡被动齿轮15，二挡主动齿轮10套设在第二电机轴Y2上且位于第一同步器11和第二同步器9之间。
本发明实施例提供的混合动力驱动系统还包括：相互啮合的主动减速齿轮16和被动减速齿轮17，主动减速齿轮16、二挡被动齿轮15和一挡被动齿轮14通过第二传动轴Y4传动连接；车轮X与被动减速齿轮17传动连接。
可以理解的是，一挡主动齿轮12和二挡主动齿轮10本身不会随第二电机轴Y2的转动而转动，动力不会传递至一挡主动齿轮12和二挡主动齿轮10，但是当一挡主动齿轮12或者二挡主动齿轮10与第一同步器11或者第二同步器9接合后，动力将通过第一同步器11或者第二同步器9传递至一挡主动齿轮12或者二挡主动齿轮10，再传递至一挡被动齿轮14或者二挡被动齿轮15，再传递至主动减速齿轮16、被动减速齿轮17，最终传递至车轮X以驱动车辆行驶。
本发明实施例提供的混合动力驱动系统中，第一接合件7、第二接合件18、第三接合件8均可设置为圆筒形，且如图1所示，第一结合件7和第二接合件18的轴线与第二电机轴Y2(发动机轴Y1)重合，且朝向第二电机13的一端开口；第三接合件8的轴线与第二接合件18的轴线重合且朝向发动机1的一端开口。第一接合件7和第三接合件8之间可通过花键连接。如图1所示，可在第一接合件7的外表面以及第三接合件8的内表面分别加工键槽，键槽与键之间间隙配合，从而使第二同步器9的滑套沿第二电机轴Y2的轴线方向移动与第二接合件18或者二挡主动齿轮10接合过程中，第三接合件8也可沿第二电机轴Y2的轴线方向移动，保证第二同步器9的正常运行。
可以理解的是，本发明实施例提供的混合动力驱动系统中，第一电机6和第二电机13均通过逆变器(图中未示出)与电池组(图中未示出)电连接，且第一电机6和第二电机13与电池组并联。电池组可将电能传递给第一电机6和/或第二电机13，并通过第一电机6和/或第二电机13转化为机械能用于驱动车辆运行(即处于电动状态)。第一电机6和/或第二电机13也可将机械能转化为电能(即处于发电状态)，再通过逆变器传输回电池组进行存储。
本发明实施例提供的混合动力驱动系统中，可根据实际使用需求，用离合器代替第一同步器11和第二同步器9。具体来说，在一挡主动齿轮12和二挡主动齿轮10之间的第二电机轴Y2上设置第一离合器和第二离合器，并且当第一离合器闭合、第二离合器分离时实现与第一同步器11与一挡主动齿轮12接合的效果，当第一离合器分离、第二离合器接合时实现与第一同步器11与二挡主动齿轮10接合的效果，当第一离合器分离和第二离合器均分离时实现与第一同步器11位于一挡主动齿轮12和二挡主动齿轮10中间(即不与一挡主动齿轮12和二挡主动齿轮10接合)的效果。在二挡主动齿轮10和第二接合件18之间的第二电机轴Y2上设置第三离合器和第四离合器，并且当第三离合器闭合、第四离合器分离时实现与第二同步器9和二挡主动齿轮10接合的效果，当第三离合器分离、第四离合器接合时实现与第二同步器9和第二接合件18接合的效果，当第三离合器分离和第四离合器均分离时实现与第二同步器9位于二挡主动齿轮10和第二接合件18中间(即不与二挡主动齿轮10和第二接合件18接合)的效果。且第三离合器和第四离合器也通过相应的接合件与第一接合件7连接，实现动力的传递。
下面对本发明实施例提供混合动力驱动系统各个工作模式做进一步详细说明。
(一)纯电动模式
在纯电动模式中，根据车辆需求动力的不同，具体包括以下两种动作模式：
1、当车辆需求的动力较小时，发动机1处于停机状态，第一电机5处于静止状态(即非工作状态)，第二同步器9处于中间位置(即既不与第二接合件18接合，也不与二挡主动齿轮10接合)，第一同步器11与一挡齿轮机构或二挡齿轮机构接合，即与一挡主动齿轮12或者二挡主动齿轮10接合，第二电机13处于电动状态。第二电机13的动力通过一挡主动齿轮12或者二挡主动齿轮10传递至一挡被动齿轮14或者二挡被动齿轮15，再通过主动减速齿轮、被动减速齿轮传递至车轮X，从而驱动车辆行驶。
2、当车辆需求的动力较大时，发动机1处于停机状态，第二同步器9与二挡齿轮机构(即二挡主动齿轮10)或者第二接合件18接合，第一同步器11与一挡齿轮机构或二挡齿轮机构接合，第一电机5和第二电机13均处于电动状态。第二电机13的动力通过一挡主动齿轮12或二挡主动齿轮10传递至一挡被动齿轮14或二挡被动齿轮15，然后通过主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X；第一电机5的动力经齿圈5、行星架20、第一接合件7、第三接合件8、第二同步器9传递至二挡主动齿轮10，或者经齿圈5、行星架20、第一接合件7、第三接合件8、第二接合件18、第一同步器10传递至一挡主动齿轮12，，然后通过主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X，从而驱动车辆行驶。
(二)纯发动机驱动模式
在纯电动模式中，车辆可以在以下两个挡位下运行。
1、一挡驱动：第一电机6和第二电机13处于空转随动状态，即第一电机6、第二电机13不输出扭矩，第一同步器11与一挡齿轮机构(即一挡主动齿轮12)接合，第二同步器9与第二接合件18接合，发动机1处于工作状态。
发动机1带动太阳轮3同步旋转，第一单向离合器2处于空转分离状态。此时发动机1的转速有高于行星架20转速的趋势，从而使第二单向离合器19处于锁止状态，即发动机1和行星架20的转速同步。由行星轮系的运动学特性可知，当行星轮系的三个构件中任意二个构件同转速时，第三构件转速与其他二个构件转速同步，即行星轮系锁止为一个刚体，太阳轮3、齿圈5及行星架20的转速同步。发动机1带动太阳轮3旋转的同时，带动齿圈5、第一电机6同步旋转，由于第一电机6处于随动状态，发动机1的动力由太阳轮3、第二单向离合器19、行星架20、第一接合件7、第三接合件8、第二同步器9、第二接合件18、第一同步器10、一挡主动齿轮12、一挡被动齿轮14、主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X，从而驱动车辆行驶。
2、二挡驱动：第一电机6和第二电机13处于空转随动状态，第一同步器11处于中间位置(即既不与二挡主动齿轮10接合，也不与一挡主动齿轮12接合)，第二同步器9与二挡齿轮机构(即二挡主动齿轮10)接合，发动机1处于工作状态。
发动机1动太阳轮3同步旋转，第一单向离合器2处于空转分离状态。此时发动机1的转速有高于行星架20转速的趋势，从而使第二单向离合器18处于锁止状态，即发动机1和行星架20转速同步。由行星轮系的运动学特性可知，当行星轮系的三个构件中任意二个构件同转速时，第三构件转速与其他二个构件转速同步，即行星轮系锁止为一个刚体，太阳轮3、齿圈5及行星架20的转速同步。发动机1带动太阳轮3旋转的同时，带动齿圈5、第一电机6同步旋转，由于第一电机6处于随动状态，发动机1的动力由太阳轮3、第二单向离合器19、行星架20、行星架接合件6、第一结合件7、第三接合件8、第二同步器9、二挡主动齿轮10、二挡被动齿轮15、主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X，从而驱动车辆行驶。
(三)混动并联驱动模式
在混动并联驱动模式中具体存在两种工作模式：
1、发动机1处于工作状态，第一电机6和/或第二电机13处于电动状态，第二同步器9与二挡齿轮机构(即二挡主动齿轮10)接合，第一同步器11与二挡齿轮机构(即二挡主动齿轮10)或一挡齿轮机构(即一挡主动齿轮12)接合；
当第一电机6处于电动状态时，发动机1和第一电机6的动力耦合后经行星架20、第一接合件7、第三接合件8、第二同步器9、二挡主动齿轮10、二挡被动齿轮15、主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X。
当第二电机13处于电动状态时，发动机1的动力经行星架20、第一接合件7、第三接合件8、第二同步器9、二挡主动齿轮10、二挡被动齿轮15、主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X，同时，第二电机12的动力经第一同步器11、二挡主动齿轮10或一挡主动齿轮12传递至二挡被动齿轮15或一挡被动齿轮14，然后传递至主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X。
当第一电机6和第二电机13均处于电动状态时，发动机1和第一电机6的动力耦合后经行星架20、第一接合件7、第三接合件8、第二同步器9、二挡主动齿轮10、二挡被动齿轮15、主动减速齿轮15、被动减速齿轮17传递至车轮X，同时，第二电机12的动力经第一同步器11、二挡主动齿轮10或一挡主动齿轮12传递至二挡被动齿轮15或一挡被动齿轮14，然后传递至主动减速齿轮16、被动减速齿轮17并驱动车轮X。
2、发动机1处于工作状态，第一电机6和/或第二电机13处于电动状态，第二同步器9与第二接合件18接合，第一同步器11与二挡齿轮机构(二挡主动齿轮10)或一挡齿轮机构(一挡主动齿轮12)接合。
当第一电机6处于电动状态时，发动机1和第一电机6的动力耦合后经行星架20、第一接合件7、第三结合件8、第二同步器9、第二接合件18、第一同步器11、二挡主动齿轮10或一挡主动齿轮12、二挡被动齿轮15或一挡被动齿轮14、主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X。
当第二电机13处于电动状态时，发动机1的动力经行星架20、第一接合件7、第三结合件8、第二同步器9、第二接合件18、第一同步器11、二挡主动齿轮10或一挡主动齿轮12、二挡被动齿轮15或一挡被动齿轮14、主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X。同时，第二电机12的动力经第一同步器11、二挡主动齿轮10或一挡主动齿轮12传递至二挡被动齿轮15或一挡被动齿轮14，然后传递至主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X。
当第一电机6和第二电机均处于电动状态时，发动机1和第一电机6的动力耦合后经行星架20、第一接合件7、第三结合件8、第二同步器9、第二接合件18、第一同步器11、二挡主动齿轮10或一挡主动齿轮12、二挡被动齿轮15或一挡被动齿轮14、主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X。同时，第二电机12的动力经第一同步器11、二挡主动齿轮10或一挡主动齿轮12传递至二挡被动齿轮15或一挡被动齿轮14，然后传递至主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X。
在上述混动并联驱动模式下，当第一电机6和第二电机13中仅有一个电机处于电动状态时，另一个电机可以处于空转随动状态也可以处于发电状态。当有一个电机处于发电状态时，该混合动力驱动系统进入行车充电模式。
如图2所示，上述混动并联驱动模式下，行星轮系的三个构件转速关系可以用杠杆原理图来表示，行星架20到齿圈5的距离为太阳轮3的半径，行星架20到太阳轮3的距离为齿圈5的半径，三条竖直线段的长度分别代表太阳轮轴转速、齿圈轴转速和行星架轴转速，箭头则分别指出了三个轴转动的正方向。根据实际工况需求，转速关系曲线可从图2中的曲线①调节至曲线②，或从曲线②调节至曲线①，从而调节发动机的工况点至高效区间。
(四)串联增程模式
串联增程模式中，第二同步器9处于中间位置，第一同步器11与一挡齿轮机构(一挡主动齿轮12)或二挡齿轮机构(二挡主动齿轮10)接合，第二电机13处于电动状态，发动机1处于工作状态，第一电机6处于发电状态。
第二电机13的动力通过一挡主动齿轮12或二挡主动齿轮10传递至一挡被动齿轮14或二挡被动齿轮15，然后通过主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X，从而驱动车辆行驶。由于第二同步器9于中间位置，既不与第二接合件18接合，也不与二挡主动齿轮10接合，此时车轮X的动力与发动机1无关联。而发动机1处于工作状态，带动太阳轮3同步旋转，第一单向离合器2处于空转分离状态。此时发动机1的转速有高于行星架20转速的趋势，使第二单向离合器18处于锁止状态，即发动机1和行星架20转速同步。由行星轮系的运动学特性可知，当行星轮装置的三个构件中任意二个构件同转速时，第三构件转速与其他二个构件转速同步，即行星轮装置锁止为一个刚体，三者转速同步。发动机1带动太阳轮3旋转的同时，带动齿圈5、第一电机6同步旋转，由于第一电机6处于发电状态，即可将机械能转化为电能，为第二电机供电，从而增加车辆行驶的里程。
(五)再生制动发电模式
再生制动发电模式中，第二同步器9处于中间位置，第一电机6处于静止状态；第一同步器11与一挡齿轮机构(一挡主动齿轮12)或二挡齿轮机构(二挡主动齿轮10)接合，第二电机13处于发电状态。
车辆的动能在减速或制动时通过车轮X传递至被动减速齿轮17和主动减速齿轮16，然后通过一挡被动齿轮14或二挡被动齿轮15传递至一挡主动齿轮12或二挡主动齿轮10，从而带动第二电机13旋转，由于第二电机13处于发电状态，第二电机13将机械能转化为电能，并通过逆变器将电能输送至电池组进行存储。由于第二同步器9处于中间位置，则车轮X动力与发动机1无关联，因此在再生制动发电过程中，发动机1的工作状态，即发动机1是否停机不影响再生制动发电模式的运行。
(六)停车发电模式
在停车发电模式中，车辆静止，第一同步器11和第二同步器9处于中间位置，第二电机13处于空转随动状态，发动机1处于工作状态，第一电机6处于发电状态。
发动机1带动太阳轮3同步旋转，第一单向离合器2处于空转分离状态。此时发动机1的转速有高于行星架20的转速的趋势，从而使第二单向离合器18处于锁止状态，使发动机1和行星架20转速同步。由行星轮装置的运动学特性可知，当行星轮装置的三个构件中任意二个构件同转速时，第三构件转速与其他二个构件转速同步，即行星轮装置锁止为一个刚体，三者转速同步。发动机1带动太阳轮3旋转的同时，带动齿圈5、第一电机6同步旋转，由于第一电机6处于发电状态，因此可将机械能转化为电能，并通过逆变器输送至电池组进行存储。
进一步地，在上述的纯电动模式和串联增程模式中，都存在仅依靠第二电机13驱动车辆运行的情况，而在仅依靠第二电机13驱动车辆运行过程中，如果进行换挡操作，即第一同步器11由一挡主动齿轮12切换到二挡主动齿轮10，或者由二挡主动齿轮10切换到一挡主动齿轮12过程中，第一同步器11会经过中间位置，而当第一同步器11处于中间位置时，第二电机12的动力无法输出，无法传递至车轮，导致动力中断现象的发生。
为避免出现动力中断的现象，在第一同步器11处于中间位置时，可控制第二同步器9向右移动接合二挡主动齿轮10，并控制第一电机6处于电动状态和/或发动机1处于工作状态，第一电机6的动力、或者发动机1的动力或者发动机1与第一电机6耦合后的动力由行星架20、第一接合件7、第三接合件8、第二同步器9传递至二挡主动齿轮10、二挡被动齿轮15、主动减速齿轮16、被动减速齿轮17，最终传递至车轮X，从而实现换挡无动力中断操作。
进一步地，本发明实施例提供的混合动力驱动系统中，当车辆倒车时的动力传递情况如下：
第二同步器处于中间位置，第一同步器11接合一挡主动齿轮12或二挡主动齿轮10，第二电机13反向旋转，其动力通过一挡主动齿轮12或二挡主动齿轮10传递至一挡被动齿轮14或二挡被动齿轮15，然后通过主动减速齿轮16、被动减速齿轮17传递至车轮X，从而驱动车辆倒车。在此过程中，由于第二同步器9处于中间位置，车轮X动力与发动机1无关联，因此在倒车过程中，发动机1和第一电机6是否处于停机状态，对倒车没有影响。
综上，本发明实施例提供了一种多挡位双电机混合动力驱动系统，该混合动力驱动系统具有无动力中断、油耗低、工作模式多样化、效率高等特点，在实现多挡位的同时，可根据车辆行驶过程中的实际需要在纯电动模式、纯发动机驱动模式、混动并联驱动模式、串联增程模式、行车充电模式、再生制动发电模式、行车发电模式等多种工作模式之间自由切换。并且，该混合动力驱动系统可通过行星轮系的杠杆调速功能使发动机调速并运行于高效区间。
第二方面，本发明实施例提供了一种混合动力汽车，该混合动力汽车包括动力驱动系统，其动力驱动系统为本发明实施例第一方面提供的混合动力驱动系统。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力驱动系统，其特征在于，包括：发动机(1)、具有两个动力输入端和一个动力输出端的行星轮系，第一电机(6)、第二电机(13)、一挡齿轮机构、二档齿轮机构、第一同步器(11)、第二同步器(9)、第一接合件(7)、第二接合件(18)以及第三接合件(8)；
所述行星轮系的一个动力输入端与所述发动机(1)传动连接，所述行星轮系的另一个动力输入端与所述第一电机(6)传动连接，所述第一接合件(7)与所述行星轮系的动力输出端传动连接；
所述第二接合件(18)与所述第二电机(13)传动连接；
所述第一同步器(11)和所述第二同步器(9)与所述第二电机(13)传动连接且位于所所述第二接合件(18)和所述第二电机(13)之间，所述第一同步器(11)靠近所述第二电机(13)；
所述第三接合件(8)与所述第二同步器(9)的滑套固定连接，并与所述第一接合件(7)以可滑动的方式连接；
所述一挡齿轮机构设置在所述第一同步器(11)和所述第二电机(13)之间，所述二挡齿轮机构设置在所述第一同步器(11)和所述第二同步器(9)之间；
所述一挡齿轮机构和所述二挡齿轮机构的传动比不同；
所述一挡齿轮机构和所述二挡齿轮机构与车轮(X)传动连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述行星轮系包括：
通过发动机轴(Y1)与所述发动机(1)传动连接的太阳轮(3)，与所述太阳轮(3)相啮合的行星轮(4)，内圈轮齿与所述行星轮(4)相啮合的齿圈(5)，与所述行星轮(4)通过销轴连接的行星架(20)；
所述第一电机(6)与所述齿圈(5)的外圈轮齿传动连接；
所述第一接合件(7)通过第一传动轴(Y3)与所述行星架(20)传动连接。
3.根据权利要求2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还包括：
设置在所述发动机轴(Y1)上、且位于所述发动机(1)和所述太阳轮(3)之间的第一单向离合器(2)，
以及，设置在所述发动机轴(Y1)上、且位于所述太阳轮(3)和所述行星架(20)之间的第二单向离合器(19)。
4.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第二接合件(18)通过第二电机轴(Y2)与所述第二电机(13)传动连接；
所述第一同步器(12)和所述第二同步器(9)套设在所述第二电机轴(Y2)上；
所述一挡齿轮机构包括相互啮合的一挡主动齿轮(12)和一挡被动齿轮(14)，所述一挡主动齿轮(12)套设在所述第二电机轴(Y2)上且位于所述第一同步器(11)和所述第二电机(13)之间；
所述二挡齿轮机构包括相互啮合的二挡主动齿轮(10)和二挡被动齿轮(15)，所述二挡主动齿轮(10)套设在所述第二电机轴(Y2)上且位于所述第一同步器(11)和所述第二同步器(9)之间；
所述混合动力驱动系统还包括：相互啮合的主动减速齿轮(16)和被动减速齿轮(17)，所述主动减速齿轮(16)、所述二挡被动齿轮(15)和所述一挡被动齿轮(14)通过第二传动轴(Y4)传动连接；
所述车轮(X)与所述被动减速齿轮(17)传动连接。
5.根据权利要求1～4任一项所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统的工作模式包括：纯电动模式；所述纯电动模式中，
所述发动机(1)处于停机状态，所述第一电机(5)处于静止状态，所述第二同步器(9)处于中间位置，所述第一同步器(11)与所述一挡齿轮机构或所述二挡齿轮机构接合，所述第二电机(13)处于电动状态；
或者，
所述发动机(1)处于停机状态，所述第二同步器(9)与所述二挡齿轮机构或者所述第二接合件(18)接合，所述第一同步器(11)与所述一挡齿轮机构或二挡齿轮机构接合，所述第一电机(5)和所述第二电机(13)均处于电动状态。
6.根据权利要求1～4任一项所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统的工作模式包括：纯发动机驱动模式；所述纯发动机驱动模式中：
所述第一电机(6)和所述第二电机(13)处于空转随动状态，所述第一同步器(11)与所述一挡齿轮机构接合，所述第二同步器(9)与所述第二接合件(18)接合，所述发动机(1)处于工作状态；
或者，
所述第一电机(6)和所述第二电机(13)处于空转随动状态，所述第一同步器(11)处于中间位置，所述第二同步器(9)与所述二挡齿轮机构接合，所述发动机(1)处于工作状态。
7.根据权利要求1～4任一项所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统的工作模式包括：混动并联驱动模式；所述混动并联驱动模式中：
所述发动机(1)处于工作状态，所述第一电机(6)和/或所述第二电机(13)处于电动状态，所述第二同步器(9)与所述二挡齿轮机构接合，所述第一同步器(11)与所述二挡齿轮机构或所述一挡齿轮机构接合；
或者，
所述发动机(1)处于工作状态，所述第一电机(6)和/或所述第二电机(13)处于电动状态，所述第二同步器(9)与所述第二接合件(18)接合，所述第一同步器(11)与所述二挡齿轮机构或所述一挡齿轮机构接合；
当所述第一电机(6)和所述第二电机(13)中仅有一个电机处于电动状态时，另一个电机处于空转随动状态或者发电状态。
8.根据权利要求1～4任一项所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统的工作模式包括：串联增程模式；所述串联增程模式中：
所述第二同步器(9)处于中间位置，所述第一同步器(11)与所述一挡齿轮机构或二挡齿轮机构接合，所述第二电机(13)处于电动状态，所述发动机(1)处于工作状态，所述第一电机(6)处于发电状态。
9.根据权利要求1～4任一项所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统的工作模式包括：再生制动发电模式和停车发电模式；
所述再生制动发电模式中，所述第二同步器(9)处于中间位置，所述第一电机(6)处于静止状态；所述第一同步器(11)与所述一挡齿轮机构或所述二挡齿轮机构接合；所述第二电机(13)处于发电状态；
所述停车发电模式中，车辆静止，所述第一同步器(11)和所述第二同步器(9)处于中间位置，所述第二电机(13)处于空转随动状态，所述发动机(1)处于工作状态，所述第一电机(6)处于发电状态。
10.一种混合动力汽车，包括动力驱动系统，其特征在于，所述动力驱动系统为权利要求1～9任一项所述的混合动力驱动系统。
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