混合动力系统和混合动力车辆的制作方法

本发明涉及一种用于混合动力车辆的混合动力系统，该混合动力系统包括内燃机、第一电机、第二电机、离合器、输入轴以及输出轴，其中，第一电机将扭矩输送到所述输入轴，第二电机将扭矩输送到输出轴，离合器能够切断或连接内燃机的扭矩向输出轴的输送。本发明还涉及一种具有这种混合动力系统的混合动力车辆。

背景技术：

在当前的混合动力驱动系统中，通常需要设置两个电机与混合动力系统连接，并且内燃机通过液压式离合器(湿式离合器)与混合动力系统连接，由此，该混合动力系统能够实现多种工作模式，例如p1模式(电机扭矩直接输送到扭矩输入轴，在内燃机和电机之间没有离合器)、p2模式(电机扭矩直接输送到扭矩输入轴，在内燃机和电机之间设有离合器)、p3模式(电机扭矩直接输送到变速器输出端)等。利用两个电机还能够实现各种模式的相互组合，例如实现p1+p3模式。

在现有技术中，已知这种具有p1+p3模式的混合动力系统，例如如图1所示的混合动力结构。该混合动力系统具有内燃机ice、发电机m1、牵引电机m2和离合器c1。离合器c1能够连接或中断内燃机ice的扭矩向输出轴的传递，其中，离合器c1是湿式离合器。在离合器c1接合时，内燃机ice的扭矩可以直接传递通过扭矩输入轴和扭矩输出轴传递到差速器。但是，这种已知的混合动力系统只能为牵引电机和内燃机均只能提供单挡位，不足以优化电机或内燃机的工作点。因此，内燃机ice只能例如从50km/h开始工作，并且它需要具有较大功率的牵引电机m2。此外，由于使用湿式离合器，也会提高整个系统的成本。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于混合动力车辆的混合动力系统，该混合动力系统能够提高内燃机的利用效率，提高加速性能，从而使得混合动力车辆在各种行驶状况中均能够兼顾动力性能和经济性。

所述技术问题被一种用于混合动力车辆的混合动力系统所解决，该混合动力系统包括内燃机、第一电机、第二电机、离合器、输入轴以及输出轴，其中，第一电机将扭矩输送到输入轴，第二电机将扭矩输送到输出轴，离合器能够切断或连接内燃机的扭矩向输出轴的输送，其中，离合器具有能够相互抗扭连接或相互分离的第一离合件和第二离合件。为了提高混合动力系统的灵活性，尤其提高内燃机的利用效率，在输入轴和输出轴之间设置具有至少两个挡位的变速装置，其中，将离合器安置在变速装置的背离内燃机的一侧，离合器的第一离合件与变速装置抗扭连接，离合器的第二离合件与输入轴抗扭连接，从而使得内燃机的扭矩通过变速器装置从输入轴传递到输出轴。由于该混合动力系统具有了多个挡位变化，因此能够提高混合动力系统的加速性能，并且能够降低发动机的启始工作速度，也由此能够降低对牵引电机的功率要求，从而降低牵引电机的成本。

根据本发明的一个优选实施方式，变速装置具有第一挡齿轮对、第二挡齿轮对和用于在第一挡和第二之间之间进行切换的同步器，其中，第一离合件与同步器抗扭连接，第一挡齿轮对的其中一个齿轮和第二挡齿轮对的其中一个齿轮分别抗扭地连接在同步器上，尤其集成在同步器上。另外优选的是，同步器被空套地安置在输入轴上，第一挡齿轮对的另一个齿轮和第二挡齿轮对的另一个齿轮分别抗扭地连接在输出轴上。因此，变速装置具有两个挡位，例如在内燃机工作模式下，内燃机能够从较低的速度开始工作(例如从25km/h开始工作，第一挡齿轮对的速比例如是1.3)，从而提高整个系统的加速性能。

根据本发明的另外的优选实施方式，第一电机通过齿轮与输入轴抗扭连接，和/或第二电机通过另外的齿轮与输出轴抗扭连接，通过齿轮的选择能够设置电机传递的速比。另外优选的是，第一电机用于重启内燃机和/或发电。第一电机优选被紧邻内燃机的安置，即第一电机的扭矩直接传递到输入轴上，在内燃机和第一电机之间没有设置离合器。另外优选的是，第二电机是牵引电机，优选将第二电机安置在变速装置的输出端，从而使得第二电机能够直接驱动车轮转动。

根据本发明的另外的优选实施方式，离合器是干式离合器。在本发明的设计方案中，优选将离合器安置在变速装置的背离内燃机的一侧，例如将离合器设计为结合齿离合器(狗牙离合器)，离合器的第一离合件与同步器抗扭连接，第二离合件与输入轴连接，从而离合器能够中断或连接输入轴与输出轴之间的扭矩传递。

根据本发明的另外的优选实施方式，在内燃机与输入轴之间设置双质量飞轮，以用于降低源自内燃机的扭振。进一步优选的是，将双质量飞轮设置在内燃机与第一电机之间，以避免扭振对第一电机的影响。

本发明还涉及一种混合动力车辆，该所述混合动力车辆具有根据上面所述的混合动力系统。

附图说明

下面结合附图详细阐述本发明的实施方式。附图为：

图1是根据现有技术的混合动力系统的结构示意图，

图2是根据本发明优选实施方式的混合动力系统的结构示意图，

在附图中，相同的附图标记表示相同的或者功能相同的部件。

具体实施方式

图1示出根据现有技术的混合动力系统的结构示意图。如图所示，该混合动力系统具有内燃机ice、发电机m1、牵引电机m2和离合器c1。离合器c1能够连接或中断内燃机ice的扭矩向输出轴的传递，其中，离合器c1是湿式离合器。在离合器c1接合时，内燃机ice的扭矩可以直接传递通过扭矩输入轴和扭矩输出轴传递到差速器。

图2示出根据本发明的混合动力系统的结构示意图。如图所示，该混合动力系统包括内燃机1、第一电机em1、第二电机em2、离合器2、输入轴3、输出轴4以及变速装置。输入轴3和输出轴4平行相互间隔地布置。内燃机1通过双质量飞轮5与输入轴3抗扭连接。第一电机em1通过齿轮z1与输入轴3抗扭连接，第二电机em2通过另外的齿轮z2与输出轴4抗扭连接，其中，齿轮z1与输入轴的连接位置在双质量飞轮5远离内燃机1的一侧，齿轮z2与输出轴的连接位置在车辆差速器与变速装置之间。该变速装置设在输入轴3和输出轴4之间，该变速装置具有至少两个挡位。在本实施例中，该变速器装置具有第一挡齿轮对z11、第二挡齿轮对z22以及同步器6。

同步器6空套地套设在输入轴3上，第一挡齿轮对z11的其中一个齿轮和第二挡齿轮对z22的其中一个齿轮分别抗扭地连接在同步器6上。同步器6具有三个挡位，即r位、n位和l位。当同步器6处于r位时，同步器6与第一挡齿轮对的其中一个齿轮抗扭连接；当同步器6处于n位时，同步器6处于空转；当同步器6处于l位时，同步器6与第二挡齿轮对的其中一个齿轮抗扭连接。第一挡齿轮对的另一个齿轮和第二挡齿轮对的另一个齿轮分别抗扭地连接在输出轴4上。因此，输入轴3的扭矩能够通过变速装置传递到输出轴4上。

离合器2具有第一离合件和第二离合件，其中，第一离合件与第二离合件能够相互抗扭连接或相互分离。第一离合件与变速装置的同步器6抗扭连接，尤其集成在同步器6上；第二离合件与输入轴3抗扭连接，尤其集成在输入轴3上。因此，当第一离合件与第二离合件相互抗扭连接时，输入轴3的扭矩能够通过变速装置传递给输出轴4；当第一离合件与第二离合件相互分离时，中断扭矩传送。

通过根据本实施方式的混合动力系统的结构方式以及同步器6和离合器2的挡位变化，根据本发明的混合动力车辆的动力系统能够实现如下模式：

1)纯电机驱动模式，在纯电动模式下利用根据本发明的混合动力系统能够借助第二电机em2来驱动车辆。在这种情况下，离合器2被断开，内燃机1和第一电机em1没有工作，只依靠第二电机em2来驱动车辆。当然还可能的是，离合器2被闭合，内燃机1被关闭，第一电机em1通过变速装置向输出轴提供扭矩，从而使得第一电机em1和第二电机em2共同驱动车辆。

2)纯内燃机驱动模式，在纯内燃机驱动模式下利用根据本发明的混合动力系统能够实现2个挡位：

ice1：第一电机em1和第二电机em2都被关闭，离合器2被闭合，同步器6处于r位。内燃机1的扭矩通过双质量飞轮被传递到输入轴3，输入轴3通过离合器2带动同步器6，然后再将扭矩通过第一挡齿轮对传递到输出轴4，最后将内燃机扭矩传递给差速器，从而带动车轮转动。

ice2：第一电机em1和第二电机em2都被关闭，离合器2被闭合，同步器6处于l位。内燃机1的扭矩通过双质量飞轮被传递到输入轴3，输入轴3通过离合器2带动同步器6，然后再将扭矩通过第二挡齿轮对传递到输出轴4，最后将内燃机扭矩传递给差速器，从而带动车轮转动。

3)混合动力驱动模式，即内燃机1和电机都会提供动力，在混合动力驱动模式下利用根据本发明的混合动力系统还能够实现两种分模式，即：

串联模式：离合器2被断开，内燃机1的扭矩不会直接用来驱动车辆，而是用来使得第一电机em1发电，第一电机em1为第二电机em2提供电能，而第二电机em2作为车辆的驱动动力来源。

并联模式：离合器2被闭合，内燃机1的扭矩通过变速装置(能实现两个挡位的变化)驱动车辆运行。第二电机em1被用于为内燃机1提供辅助扭矩或者用于调节内燃机1的工作点。

4)充电模式：离合器2被断开，车辆处于静止状态或滑行状态。利用内燃机1转动第一电机em1而进行充电，从而将机械能转换为电能，并且储存在例如蓄电池的储能元件中，实现充电功能。

5)能量回收模式：离合器2被断开，在车辆处于制动状态时或处于惯性滑行时，车辆会带动第二电机em2反转(与第二电机em2作为驱动电机时相比)，从而将机械能转换为电能，并且储存在例如蓄电池的储能元件中，实现能量回收功能。

6)启动内燃机模式：离合器2被断开，在车辆在静止或行驶状态下，通过第一电机em1启动内燃机。

根据本发明设计的混合动力驱动系统在同步器的切换下既可实现p1模式也可实现p3模式，而且在内燃机运行模式下，能够实现2个挡位，因此很好的满足了车辆在不同工况下的行驶要求。在进行挡位切换时，车辆会得到扭矩补偿，提高了换挡平顺性，从而提高了驾驶舒适性。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记列表

1内燃机

2离合器

3输入轴

4输出轴

5双质量飞轮

6同步器

z11第一挡齿轮对

z22第二挡齿轮对

z1齿轮

z2另外的齿轮

em1第一电机

em2第二电机

ice内燃机

c1离合器

m1发电机

m2牵引电机