混合动力驱动系统及车辆的制作方法

本发明属于混合动力技术领域，特别是涉及一种混合动力驱动系统及车辆。

背景技术：

混合动力系统可以通过多种方式改进车辆燃料经济性。例如，发动机可以在怠速、减速或制动期间关闭，采用纯电驱动模式行驶，以消除由于发动机阻力导致的效率损失。另外，通过再生制动产生或由电机在发动机运行期间发电存储在动力电池中的能量，可在纯电驱动模式下被利用，或在混合驱动模式下补充发动机的转矩或功率。

混合动力车辆能够结合至少两种不同的动力来进行驱动，目前大部分混合动力车辆都是采用油电混合动力系统，该混合动力系统包括从燃油得到动力的发动机和由电力驱动的电动机。为了最大程度上改善发动机的燃烧效率，很多汽车厂商开发的混合动力系统都采用了双电机结构，即除驱动电机外，还增加了一个发电机。由于同时存在发动机、发电机和驱动电机，三者之间的连接和控制将直接影响混合动力车辆的性能。

基于行星齿轮机构的混合动力变速器中，丰田的ths混合动力系统采用单排行星齿轮机构耦合发动机和电机的动力，但是在在高速阶段燃油经济性较差，通用的voltecgen2混合动力系统采用双排行星齿轮机构耦合发动机和电机的动力，但是使用两排行星齿轮机构，结构较为复杂。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种混合动力驱动系统及车辆，以较低成本和结构解决现有基于行星齿轮机构的混合动力变速器在高速工况的能耗偏高的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供一种混合动力驱动系统，包括发动机、第一电机、第二电机、第一轴、1挡主动齿轮、第一离合器、第二离合器、第二轴、2挡主动齿轮、第三轴、外齿圈从动齿轮、第一同步器、1挡从动齿轮、主减主动齿轮、2挡从动齿轮、主减从动齿轮及单排行星齿轮机构；

所述单排行星齿轮机构包括太阳轮、行星架及齿圈；

所述第一轴的一端通过所述第二离合器与所述发动机连接，所述第一轴的另一端与所述行星架连接，所述第一电机的输出轴与所述太阳轮连接，所述第三轴的一端与所述第二电机连接，所述第二轴为空套在所述第一轴上的空心轴，所述第一离合器连接在所述第二轴与所述发动机之间；

所述1挡主动齿轮固定在所述第一轴上，所述2挡主动齿轮固定在所述第二轴上，所述外齿圈从动齿轮及1挡从动齿轮空套在所述第三轴上，所述2挡从动齿轮及主减主动齿轮固定连接在所述第三轴上，所述第一同步器设置在所述第三轴上且位于所述外齿圈从动齿轮及1挡从动齿轮之间，所述第一同步器能够选择性地与所述外齿圈从动齿轮及1挡从动齿轮接合或断开；

所述1挡主动齿轮与所述1挡从动齿轮啮合，所述齿圈与所述外齿圈从动齿轮挡啮合，所述2挡主动齿轮与2挡从动齿轮啮合，所述主减主动齿轮与所述主减从动齿轮啮合。

可选地，所述单排行星齿轮机构、1挡主动齿轮、2挡主动齿轮、第一离合器及第二离合器位于所述发动机与所述第一电机之间。

可选地，所述第一离合器与第二离合器相互嵌套以构成双离合器，所述单排行星齿轮机构、1挡主动齿轮、2挡主动齿轮及双离合器沿所述第一轴的轴线向靠近所述发动机的方向依次排布，所述发动机与所述第一电机同轴布置，所述第一轴与第三轴平行间隔布置。

可选地，所述外齿圈从动齿轮、第一同步器、1挡从动齿轮、主减主动齿轮及2挡从动齿轮沿所述第三轴的轴线向靠近所述发动机的方向依次排布。

另一方面，本发明实施例还提供一种混合动力驱动系统，包括发动机、第一电机、第二电机、第一轴、1挡主动齿轮、第一离合器、第二离合器、第二轴、2挡主动齿轮、第三轴、外齿圈从动齿轮、第一同步器、第二同步器、1挡从动齿轮、主减主动齿轮、2挡从动齿轮、主减从动齿轮及单排行星齿轮机构；

所述单排行星齿轮机构包括太阳轮、行星架及齿圈；

所述第一轴的一端通过所述第二离合器与所述发动机连接，所述第一轴的另一端与所述行星架连接，所述第一电机的输出轴与所述太阳轮连接，所述第三轴的一端与所述第二电机连接，所述第二轴为空套在所述第一轴上的空心轴，所述第一离合器连接在所述第二轴与所述发动机之间；

所述1挡主动齿轮固定在所述第一轴上，所述2挡主动齿轮固定在所述第二轴上，所述外齿圈从动齿轮、2挡从动齿轮及1挡从动齿轮空套在所述第三轴上，所述主减主动齿轮固定连接在所述第三轴上；

所述第一同步器设置在所述第三轴上且位于所述外齿圈从动齿轮及1挡从动齿轮之间，所述第一同步器能够选择性地与所述外齿圈从动齿轮及1挡从动齿轮接合或断开；所述第二同步器设置在所述第三轴上且位于所述2挡从动齿轮及主减主动齿轮之间，所述第二同步器能够选择性地与所述2挡从动齿轮接合或断开；

所述1挡主动齿轮与所述1挡从动齿轮啮合，所述齿圈与所述外齿圈从动齿轮挡啮合，所述2挡主动齿轮与2挡从动齿轮啮合，所述主减主动齿轮与所述主减从动齿轮啮合。

可选地，所述第一离合器与第二离合器相互嵌套以构成双离合器，所述单排行星齿轮机构、1挡主动齿轮、2挡主动齿轮及双离合器沿所述第一轴的轴线向靠近所述发动机的方向依次排布，所述发动机与所述第一电机同轴布置，所述第一轴与第三轴平行间隔布置。

再一方面，本发明实施例还提供一种混合动力驱动系统，包括发动机、第一电机、第二电机、第一轴、1挡主动齿轮、第一离合器、第二离合器、第二轴、2挡主动齿轮、第三轴、外齿圈从动齿轮、第一同步器、第三离合器、1挡从动齿轮、主减主动齿轮、2挡从动齿轮、主减从动齿轮及单排行星齿轮机构；

所述单排行星齿轮机构包括太阳轮、行星架及齿圈；

所述第一轴的一端通过所述第二离合器与所述发动机连接，所述第一轴的另一端与所述行星架连接，所述第一电机的输出轴与所述太阳轮连接，所述第三轴的一端与所述第二电机连接，所述第二轴为空套在所述第一轴上的空心轴，所述第一离合器连接在所述第二轴与所述发动机之间；

所述1挡主动齿轮固定在所述第一轴上，所述2挡主动齿轮固定在所述第二轴上，所述外齿圈从动齿轮及1挡从动齿轮空套在所述第三轴上，所述主减主动齿轮及2挡从动齿轮固定连接在所述第三轴上；

所述第一同步器设置在所述第三轴上且位于所述外齿圈从动齿轮及1挡从动齿轮之间，所述第一同步器能够选择性地与所述外齿圈从动齿轮及1挡从动齿轮接合或断开；所述第三离合器设置在所述第三轴上且位于所述2挡从动齿轮及主减主动齿轮之间；

所述1挡主动齿轮与所述1挡从动齿轮啮合，所述齿圈与所述外齿圈从动齿轮挡啮合，所述2挡主动齿轮与2挡从动齿轮啮合，所述主减主动齿轮与所述主减从动齿轮啮合。

可选地，所述第一离合器与第二离合器相互嵌套以构成双离合器，所述单排行星齿轮机构、1挡主动齿轮、2挡主动齿轮及双离合器沿所述第一轴的轴线向靠近所述发动机的方向依次排布，所述发动机与所述第一电机同轴布置，所述第一轴与第三轴平行间隔布置。

可选地，所述外齿圈从动齿轮、第一同步器、1挡从动齿轮、主减主动齿轮、第三离合器及2挡从动齿轮沿所述第三轴的轴线向靠近所述发动机的方向依次排布。

再一方面，本发明实施例还提供一种车辆，其包括上述的混合动力驱动系统。

本发明实施例的混合动力驱动系统及车辆，采用多级速比，通过控制各个离合器及同步器的接合状态，可以实现电机纯电驱动、发动机和电机串联增程驱动、发动机和电机并联驱动及发动机直接驱动等工作模式。使得发动机能够工作在具有较高燃油经济性的区间，以此提高车辆燃油经济性。进而，以较低成本和结构解决现有基于行星齿轮机构的混合动力变速器在高速工况的能耗偏高的问题。可同时解决低速和中低速发动机效率问题和电平衡问题以及高速发动机动力性问题。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的混合动力驱动系统的结构简图；

图2是本发明第二实施例提供的混合动力驱动系统的结构简图；

图3是本发明第三实施例提供的混合动力驱动系统的结构简图；

图4是本发明第四实施例提供的车辆的结构简图。

说明书中的附图标记如下：

1000、车辆；

100、混合动力驱动系统；1、发动机；2、第一电机；3、第二电机；4、单排行星齿轮机构；401、太阳轮；402、行星轮；403、行星架；404、齿圈；5、第一轴；6、1挡主动齿轮；7、第一离合器；8、第二离合器；9、第二轴；10、第三轴；11、外齿圈从动齿轮；12、第一同步器；13、1挡从动齿轮；14、主减主动齿轮；15、主减从动齿轮；16、差速器；17、第二同步器；18、第三离合器；19、2挡主动齿轮；20、2挡从动齿轮。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

第一实施例

如图1所示，本发明第一实施例提供的混合动力驱动系统100，包括发动机1、第一电机2、第二电机3、单排行星齿轮机构4、第一轴5、1挡主动齿轮6、第一离合器7、第二离合器8、第二轴9、2挡主动齿轮19、第三轴10、外齿圈从动齿轮11、第一同步器12、1挡从动齿轮13、主减主动齿轮14、2挡从动齿轮20及主减从动齿轮15。

所述单排行星齿轮机构4包括太阳轮401、行星轮402、行星架403及齿圈404。所述行星轮402与所述太阳轮401外啮合，所述行星轮402与齿圈404内啮合，所述行星轮402通过设置在所述行星架403上的销轴而转动支撑在所述行星架403上。

所述主减从动齿轮15设置在差速器16的壳体上。所述主减从动齿轮15与差速器16的壳体一起旋转。

所述第一轴5的一端通过所述第二离合器8与所述发动机1的曲轴连接，所述第一轴5的另一端与所述行星架403连接，所述第一电机2的输出轴与所述太阳轮401连接。所述第三轴10的一端与所述第二电机3连接，所述第二轴9为空套在所述第一轴5上的空心轴，所述第二轴9绕第一轴5旋转，所述第一离合器7连接在所述第二轴9与所述发动机1的曲轴之间。

第一实施例中，所述第三轴10的一端与所述第二电机3的输出轴直接固定连接或一体形成。

所述1挡主动齿轮6固定在所述第一轴5上，所述2挡主动齿轮6固定在所述第二轴9上，所述外齿圈从动齿轮11及1挡从动齿轮13通过滚针轴承空套在所述第三轴10上，所述2挡从动齿轮20及主减主动齿轮14固定连接在所述第三轴10上，所述第一同步器12设置在所述第三轴10上且位于所述外齿圈从动齿轮11及1挡从动齿轮13之间，所述第一同步器12的滑动轴套可在第三轴10上滑动，所述第一同步器12能够选择性地与所述外齿圈从动齿轮11及1挡从动齿轮13接合或断开。具体地，当所述第一同步器12与所述外齿圈从动齿轮11接合时，所述外齿圈从动齿轮11与第三轴10结合并一体地旋转。当所述第一同步器12与所述1挡从动齿轮13接合时，所述1挡从动齿轮13与第三轴10结合并一体地旋转。

所述1挡主动齿轮6与所述1挡从动齿轮13啮合，所述齿圈404与所述外齿圈从动齿轮挡啮合，所述2挡主动齿轮19与2挡从动齿轮20啮合，所述主减主动齿轮14与所述主减从动齿轮15啮合。

更为优选地，所述第一离合器7与第二离合器8相互嵌套以构成双离合器，所述单排行星齿轮机构4、1挡主动齿轮及双离合器沿所述第一轴5的轴线向靠近所述发动机1的方向依次排布，所述发动机1与所述第一电机2同轴布置，所述第一轴5与第三轴10平行间隔布置。所述第一电机2及第二电机3在轴向上位于所述发动机1的同一侧。

所述外齿圈从动齿轮11、第一同步器12、1挡从动齿轮13及主减主动齿轮14沿所述第三轴10的轴线向靠近所述发动机1的方向依次排布。

第二实施例

图2所示为本发明第二实施例提供的混合动力驱动系统100，与第一实施例不同之处在于，所述外齿圈从动齿轮11、2挡从动齿轮20及1挡从动齿轮13空套在所述第三轴10上，所述主减主动齿轮14固定连接在所述第三轴10上。

与第一实施例的另一个不同之处在于，所述混合动力驱动系统100还包括第二同步器17，所述第一同步器12设置在所述第三轴10上且位于所述外齿圈从动齿轮11及1挡从动齿轮13之间，所述第一同步器12能够选择性地与所述外齿圈从动齿轮11及1挡从动齿轮13接合或断开；所述第二同步器17设置在所述第三轴10上且位于所述2挡从动齿轮20及主减主动齿轮14之间，所述第二同步器17能够选择性地与所述2挡从动齿轮20接合或断开。

所述外齿圈从动齿轮11、第一同步器12、1挡从动齿轮13、主减主动齿轮14、第二同步器17及2挡从动齿轮20沿所述第三轴10的轴线向靠近所述发动机1的方向依次排布。

第三实施例

图3所示为本发明第三实施例提供的混合动力驱动系统100，与第一实施例不同之处在于，所述混合动力驱动系统100还包括第三离合器18，所述第一同步器12设置在所述第三轴10上且位于所述外齿圈从动齿轮11及1挡从动齿轮13之间，所述第一同步器12能够选择性地与所述外齿圈从动齿轮11及1挡从动齿轮13接合或断开；所述第三离合器18设置在所述第三轴10上且位于所述2挡从动齿轮20及主减主动齿轮14之间。

所述外齿圈从动齿轮11、第一同步器12、1挡从动齿轮13、主减主动齿轮14、第三离合器18及2挡从动齿轮20沿所述第三轴10的轴线向靠近所述发动机1的方向依次排布。

上述实施例提供的混合动力驱动系统100，采用多级速比，通过控制离合器及同步器的接合状态，可以实现电机纯电驱动、发动机和电机串联增程驱动、发动机和电机并联驱动及发动机直接驱动等工作模式。使得发动能够工作在具有较高燃油经济性的区间，以此提高车辆燃油经济性。进而，以较低成本和结构解决现有基于行星齿轮机构的混合动力变速器在高速工况的能耗偏高的问题。另外，该混合动力驱动系统可同时解决低速和中低速发动机效率问题和电平衡问题以及高速发动机动力性问题。

以上实施例中，来自发动机1的动力有2种工作耦合方式：

(1)发动机与单排行星齿轮机构耦合工作动力模式：发动机1经过双离合器后，将动力传递到第一电机2，可以实现第一电机2的驻车发电功能；发动机1的动力与第一电机2进行耦合，可以将动力输出到齿圈404并经第一同步器12传递到输出轴(第三轴10)上，第一电机2可以不断地变化转速，从而实现对发动机1的转速的稳态控制从而调节输出到输出轴的转速，使得发动能够工作在具有较高燃油经济性的区间，以此提高车辆燃油经济性；

(2)发动机1与平行轴齿轮机构耦合工作动力模式：2挡主动齿轮19与2挡从动齿轮20构成第一组平行轴齿轮机构，1挡主动齿轮6与1挡从动齿轮13构成第二组平行轴齿轮机构，齿圈404与外齿圈从动齿轮11构成第三组平行轴齿轮机构，发动机1的动力经过双离合中的一个离合器(第一离合器7)，将动力传递到第一组平行轴齿轮机构上，从而将动力传到动力输出轴(第三轴10)上；另外，发动机1的动力经过双离合器的另一个离合器(第二离合器8)后，将动力传递到第二组平行轴齿轮机构上，从而将动力传到动力输出轴(第三轴10)上；另外，发动机1的动力经过双离合器的另一个离合器(第二离合器8)后，将动力传递到第三组平行轴齿轮机构上，从而将动力传到动力输出轴(第三轴10)上。

以上实施例中，第一电机2有如下工作模式和特点：

a.第一电机发电工作模式：此模式下发动机1带动第一电机2发电；

b.第一电机与发动机同向转动工作模式：第一电机2与发动机1同方向转动；

c.第一电机与发动机反向转动工作模式：第一电机2与发动机1反方向转动。

以上实施例中，第二电机3有如下工作模式和特点：

a.第二电机纯电驱动模式；

b.第二电机空载运行模式：发动机1直接驱动车辆，第二电机3不参与驱动也不发电；

c.发动机驱动第二电机发电模式：发动机1驱动车辆，也同时驱动第二电机3发电，发动机1的动力经双离合器中的一个离合器(第一离合器7或第二离合器8)到其中一组平行轴齿轮机构上再到动力输出轴(第三轴10)上，第二电机3随动发电；

d.第二电机和发动机驱动模式：发动机1的动力经双离合器中的一个离合器(第一离合器7或第二离合器8)到其中一组平行轴齿轮机构上再到动力输出轴(第三轴10)上，发动机1与第二电机3同时驱动车辆；

e.第二电机制动减速发电。

第四实施例

另外，如图4所示，本发明第四实施例还提供了一种车辆1000，其包括上述实施例的混合动力驱动系统100。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。