本发明涉及混合动力车辆领域。具体地，本发明涉及混合动力变速器以及包括该混合动力变速器的混合动力驱动系和混合动力车辆。
背景技术：
混合动力车辆是指使用两种以上动力来源的车辆。最常见的油电混合动力汽车采用传统的内燃机(柴油机或汽油机)和电动机作为动力源。
根据现有技术，已知混合动力车辆中的混合动力驱动系的多种布置。常用的一种附加型布置是将混合动力模块额外地增加在传统内燃机驱动系统的内燃机和变速器之间，其中该混合动力模块包括用于耦合或切断内燃机与电机之间的动力传输的离合器、电机、用于该混合动力模块的壳体等。由于混合动力模块额外地增加在内燃机和变速器之间，使得驱动系统的轴向长度增加，这给一些紧凑型车辆的布局和封装增加了难度。而为了使得驱动系统尽可能紧凑，又会使得混合动力模块的设计变得复杂。例如，对于配合双离合器变速器使用的混合动力模块，可能需要在电机的转子空间内设置三个离合器，集成难度高。
现有技术中还存在如下混合动力驱动系，其中将电机集成在变速器中，形成混合动力专用变速器(dht)。但是，现有的混合动力专用变速器通常专门地设置从电机输出轴到变速器输出轴的齿轮组，并且为纯内燃机驱动模式设置专门的倒挡齿轮组。这使得变速器的占用空间增大且制造成本增加，同时还不利于整个驱动系统的可靠性和效率。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种混合动力变速器、混合动力驱动系及混合动力车辆，其能够缩短驱动系统的轴向长度，并且还能够减少变速器组件，减少变速器的制造成本和占用空间。
根据本发明的一个方面，提供了一种混合动力变速器，其包括输入轴、中间轴和输出轴，所述中间轴用于在所述输入轴和所述输出轴之间传递动力，所述混合动力变速器还包括空套在所述输入轴上的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，其中所述第一齿轮和所述第二齿轮沿轴向相邻布置且相互同步旋转；布置在所述输入轴上的第一同步器，所述第一同步器位于所述第二齿轮和所述第三齿轮之间且能够与所述第二齿轮或所述第三齿轮接合；布置在所述中间轴上的第四齿轮和第五齿轮，所述第四齿轮和第五齿轮分别与所述第二齿轮和所述第三齿轮啮合；以及布置在所述输出轴上的第六齿轮和第七齿轮，所述第六齿轮和所述第七齿轮分别与所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合。
根据本发明的一个实施例，其中，所述第四齿轮和所述第五齿轮抗扭连接在所述中间轴上。
根据本发明的一个实施例，混合动力变速器还包括布置在所述输出轴上的第二同步器，所述第二同步器位于所述第六齿轮和所述第七齿轮之间且能够与所述第六齿轮或所述第七齿轮接合。
根据本发明的一个实施例，其中所述第一齿轮和所述第二齿轮一体地形成或者固定安装到一空心轴，所述空心轴同轴套设在所述输入轴的一部分上。
根据本发明的一个实施例，混合动力变速器还包括至少一个其他齿轮对，其包括布置在所述输入轴上的至少一个第八齿轮和布置在所述输出轴上的至少一个第九齿轮，所述至少一个第八齿轮和所述至少一个第九齿轮一一对应啮合以能够在所述输入轴和所述输出轴之间传递扭矩；以及至少一个其他同步器，其布置在所述输入轴或所述输出轴上，并且能够与空套在所述输入轴或所述输出轴上的所述第八齿轮或所述第九齿轮接合。
根据本发明的一个实施例，其中所述至少一个第八齿轮和所述至少一个第九齿轮的数量分别为一个，所述至少一个其他同步器的数量为一个，所述第八齿轮抗扭连接在所述输入轴上，所述第九齿轮空套在所述输出轴上，所述其他同步器布置在所述输出轴上，位于所述第九齿轮的轴向一侧且能够与所述第九齿轮接合。
根据本发明的一个实施例，其中所述至少一个第八齿轮数量为一个，所述至少一个第九齿轮的数量为两个，所述至少一个其他同步器的数量为一个，并且所述中间轴还抗扭连接有倒挡齿轮，所述第八齿轮抗扭连接在所述输入轴上，两个所述第九齿轮空套在所述输出轴上，一个所述其他同步器布置在所述输出轴上，位于两个所述第九齿轮之间，且能够与两个所述第九齿轮中的任一个接合，两个所述第九齿轮中的一个与所述第八齿轮啮合，另一个与所述倒挡齿轮啮合。
根据本发明的一个实施例，其中所述至少一个第八齿轮和所述至少一个第九齿轮的数量分别为两个，并且所述至少一个其他同步器的数量为一个，两个所述第八齿轮抗扭连接在所述输入轴上，两个所述第九齿轮空套在所述输出轴上，一个所述其他同步器布置在所述输出轴上，位于两个所述第九齿轮之间且能够与两个所述第九齿轮中的任一个接合。
根据本发明的一个实施例，其中所述至少一个第八齿轮和所述至少一个第九齿轮的数量分别为三个，并且所述至少一个其他同步器的数量为两个，三个所述第八齿轮抗扭连接在所述输入轴上，三个所述第九齿轮空套在所述输出轴上，一个所述其他同步器布置在所述输出轴上，位于三个所述第九齿轮中的两个所述第九齿轮之间，且能够与所述两个所述第九齿轮中的任一个接合，另一个所述其他同步器布置在所述输出轴上，位于三个所述第九齿轮中的剩余一个所述第九齿轮的轴向一侧，且能够与所述剩余一个所述第九齿轮接合。
根据本发明的一个实施例，其中所述至少一个第八齿轮和所述至少一个第九齿轮的数量分别为四个，并且所述至少一个其他同步器的数量为两个，四个所述第八齿轮抗扭连接在所述输入轴上，四个所述第九齿轮空套在所述输出轴上，两个所述其他同步器布置在所述输出轴上，其中一个所述其他同步器位于四个所述第九齿轮中的两个所述第九齿轮之间，并且能够与所述两个所述第九齿轮中的任一者接合，另一个所述其他同步器位于另外两个所述第九齿轮之间，并且能够与所述另外两个所述第九齿轮中的任一者接合。
根据本发明的一个方面，还提供了一种混合动力驱动系，其包括内燃机、电机、动力耦合单元，以及如权利要求1-10中任一项所述的混合动力变速器，其中，所述输入轴经由所述动力耦合单元与所述内燃机的输出轴动力耦合或断开，所述电机的动力经由所述第一齿轮、所述第一齿轮的安装轴、所述第四齿轮、所述第五齿轮、所述第六齿轮、所述第七齿轮和所述中间轴中的任一者输入到所述变速器。
根据本发明的一个实施例，其中所述电机的输出轴与所述输入轴同轴布置，并且与所述第一齿轮和所述第二齿轮抗扭连接。
根据本发明的一个实施例，其中所述第一齿轮和所述第二齿轮一体地形成或者固定安装到一空心轴上，所述空心轴同轴套设在所述输入轴的一部分上，所述电机的输出轴在所述空心轴的靠近所述第一齿轮的一端与所述空心轴抗扭连接。
根据本发明的一个实施例，其中所述电机包括转子和用于支撑所述转子的转子轮毂，所述转子轮毂用作所述电机的输出轴。
根据本发明的一个实施例，其中所述电机沿轴向布置在所述内燃机和所述变速器之间，所述动力耦合单元布置在所述转子的内部空间中。
根据本发明的一个实施例，其中所述电机的输出轴与所述输入轴相互平行地间隔布置，并且设置有电机齿轮，所述电机齿轮与所述第一齿轮啮合。
根据本发明的一个实施例，其中所述电机的输出轴与所述中间轴同轴布置且抗扭连接。
根据本发明的一个实施例，其中所述电机的输出轴抗扭连接有电机齿轮，与所述中间轴通过齿轮啮合动力连接。
根据本发明的一个实施例，其中所述电机齿轮与所述第四齿轮或所述第五齿轮啮合。
根据本发明的一个实施例，其中所述中间轴抗扭连接有输入专用齿轮，所述输入专用齿轮与所述电机齿轮啮合。
根据本发明的一个实施例，其中所述电机的输出轴抗扭连接有电机齿轮，所述电机齿轮与所述第六齿轮或所述第七齿轮啮合。
根据本发明的一个实施例，其中所述电机的输出轴抗扭连接有电机齿轮，所述电机齿轮经由中间齿轮与所述第六齿轮或所述第七齿轮动力连接。
根据本发明的一个实施例，其中所述动力耦合单元是离合器。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种混合动力车辆，其包括如上任一实施例所述的混合动力驱动系。
由此，根据本发明的实施例的混合动力变速器、混合动力驱动系和混合动力车辆可以通过设置中间轴及其上的齿轮，减小轴向占用空间，从而缩短驱动系统的轴向长度。此外，根据本发明的实施例的混合动力变速器、混合动力驱动系和混合动力车辆还可以通过设置同步旋转的两个齿轮和省略内燃机驱动的倒挡齿轮组，利用更少的齿轮组和同步器实现与现有技术相同的挡位变化，由此可以减少变速器的制造成本和占用空间。
附图说明
下面，将结合附图对本发明的示例性实施例的特征、优点和技术效果进行描述，附图中相似的附图标记表示相似的元件，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系的示意图。
图2a-2d示出了根据本发明的其他实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系的示意图。
图3a-3d示出了图2a所示的混合动力驱动系的纯电机驱动模式的控制参数和动力传输路径。
图4a-4e示出了图2a所示的混合动力驱动系的纯内燃机驱动模式的控制参数和动力传输路径。
图5a-5h示出了图2a所示的混合动力驱动系的混合驱动模式的控制参数和动力传输路径。
图6a-6b示出了图2a所示的混合动力驱动系的电机驱动行驶状态下的内燃机启动模式的控制参数和动力传输路径。
图7示出了图2a所示的混合动力驱动系的停车充电模式的控制参数和动力传输路径。
图8a-8g示出了根据本发明的其他实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系，其中电机动力从齿轮z11的安装轴之外的输入变速器。
图9示出了根据本发明的其他实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系，其包括内燃机驱动模式的倒挡齿轮组。
具体实施方式
下文中，参照附图描述本发明的实施例。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。
根据本发明的混合动力驱动系包括内燃机ice、电机em和混合动力变速器，其中内燃机ice和电机em作为动力源，两者输出的动力经由混合动力变速器传递至车辆的车轮。
本发明中的内燃机ice通常是指传统的柴油内燃机或汽油内燃机，当然也可以是使用其他替代燃料，例如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等的内燃机。此外，内燃机ice可以是四缸发动机，也可以是其他缸数的发动机。
电机em除了作为动力源(以电动机模式工作)以外，还可以作为发电机将内燃机ice输出的动力转换为电能存储在与电机电连接的电池中。电机em将内燃机ice输出的动力转换为电能的具体实现将在下文介绍混合动力驱动系的工作模式时详细描述。
图1示出了根据本发明的一个实施例的混合动力驱动系。如图1所示，混合动力驱动系除了内燃机ice、电机em和混合动力变速器t之外，还包括离合器k0。离合器k0用于内燃机ice与混合动力变速器t之间的动力耦合或断开。
图1还具体地示出了根据本发明的一个实施例的混合动力变速器t的布置。变速器t包括输入轴1、输出轴2和中间轴3。
输入轴1上空套有齿轮z11、齿轮z12和齿轮z13。齿轮z11和齿轮z12设置成沿轴向相邻布置且同步旋转。具体地，齿轮z11和齿轮z12可以一体地形成或固定连接为一体，以实现同步旋转。例如，齿轮z11和齿轮z12可以一体地形成或固定安装在一空心轴4上。该空心轴4可以同轴套设在输入轴1的一部分上，以将齿轮z11和齿轮z12空套在输入轴1上。齿轮z13在齿轮z12的轴向一侧布置在输入轴1的延伸出空心轴4的部分上。
输入轴1还设置有同步器a，同步器a布置在齿轮z12和齿轮z13之间，且能够与齿轮z12或齿轮z13接合。同步器a也布置在输入轴1的延伸出空心轴4的部分上。
输出轴2空套有齿轮z21和齿轮z22，并且还布置有同步器b。齿轮z21和z22分别与齿轮z11和z12啮合。同步器b位于齿轮z21和齿轮z22之间，并且能够与齿轮z21或齿轮z22接合。同步器b与齿轮z21接合时使齿轮z21和输出轴2同步旋转，与齿轮z22接合时齿轮z22与输出轴2同步旋转，与齿轮z21和z22均脱离接合时，齿轮z21和z22与输出轴2之间无动力传递。输入轴2可以与输入轴1平行布置。
中间轴3上抗扭连接有齿轮z32和齿轮z33，齿轮z32和z33分别与齿轮z12和齿轮z13啮合。中间轴3可以与输入轴1和/或输出轴2平行布置。
内燃机ice的动力从输入轴1输入到变速器t。内燃机ice的输出轴可以经由双质量飞轮dmf、离合器k0等耦合到变速器t的输入轴1。输入轴1可以与内燃机ice的输出轴、离合器k0同轴布置。
电机em的动力可以从齿轮z11的安装轴传递到变速器t。例如，电机em的输出轴可以与输入轴1同轴布置，并且与齿轮z11和齿轮z12抗扭连接，带动齿轮z11和齿轮z12同步转动，从而将动力输入到变速器t。在图1所示的混合动力驱动系中，电机em包括定子s、转子r以及用于支撑转子的转子轮毂h，转子轮毂h可以用作电机em的输出轴并且可以一体地形成或者抗扭连接到空心轴4的靠近齿轮z11的一端，从而将电机em的动力输入到变速器t。此外，电机em可以沿轴向布置在内燃机ice与变速器t之间，离合器k0可以集成在电机em的转子r的内部空间内，以充分利用轴向空间。
在图1所示的混合动力变速器和混合动力驱动系中，同步器a与齿轮z12或z13接合时，可以使电机em的动力和内燃机ice的动力耦合。
此外，通过中间轴和齿轮z32、z33的布置，内燃机ice的动力除了可经由齿轮对z11-z21、z12-z22直接传递到输出轴2外，还可经由齿轮对z12-z32、z13-z33向输出轴2传递。
根据上述实施例的变速器t的布置可以使电机em的动力和内燃机ice的动力通过共用的齿轮组传递到变速器输出轴，因此，不需要设置单独的从电机输出轴到变速器输出轴的齿轮组，可以减少变速器的部件数量，有利于降低制造成本，压缩占用空间。此外，设置中间轴及布置在中间轴上的齿轮来将内燃机的动力向变速器输出轴传递，有利于减小变速器以及混合动力驱动系的轴向尺寸。此外，通过设置同步旋转的齿轮z11和齿轮z12，可以减少同步器的数量。
图1所示实施例的混合动力变速器仅包括2个同步器和5个齿轮对。根据本发明的其他实施例，混合动力变速器还可以包括更多的齿轮对和更多的同步器以增加挡位变化。混合动力变速器可以额外地包括设置在输入轴1和输出轴2之间的至少一个其他齿轮对，以及布置在输入轴1或输出轴2上的至少一个其他同步器。至少一个其他齿轮对中的每个其他齿轮对的两个齿轮分别以抗扭连接和空转连接的方式布置在输入轴1和输出轴2上，至少一个其他同步器用于与至少一个其他齿轮对中的空套在输入轴1或输出轴2上的齿轮相配合地布置，使得每个其他同步器能够与空套在输入轴1或输出轴2上的一个或两个齿轮接合。
图2a-2d示出了根据本发明的其他实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系。具体地，与图1所示的混合动力变速器相比，图2a所示的混合动力变速器额外地包括1个其他齿轮对z14-z24和1个其他同步器c，其中齿轮z14抗扭连接在输入轴1上，齿轮z24空套在输出轴2上，同步器c布置在输出轴2上，位于齿轮z24的轴向一侧且能够与齿轮z24接合。同步器c与齿轮z24接合时使齿轮z24与输出轴2同步转动，与齿轮z24脱离接合时齿轮z24与输出轴2之间无动力传输。
图2b所示的实施例的混合动力变速器与图1所示的实施例相比，还额外地包括2个其他齿轮对z14-z24、z15-z25和1个其他同步器c，其中齿轮z14、z15抗扭连接在输入轴1上，齿轮z24、z25空套在输出轴2上，同步器c布置在输出轴2上，位于齿轮z24、z25且能够与齿轮z24或z25接合。同步器c与齿轮z24接合时齿轮对z14-z24可在输入轴1与输出轴2之间传递动力，与齿轮z25接合时齿轮对z15-z25可在输入轴1与输出轴2之间传递动力。
图2c所示的实施例的混合动力变速器与图1所示的实施例相比，还额外地包括3个其他齿轮对z14-z24、z15-z25、z16-z26和2个其他同步器c和d。齿轮对z14-z24、z15-z25和同步器c的布置与图2b所示实施例中的齿轮对z14-z24、z15-z25和同步器c的布置和功能相同，在此不再赘述。齿轮z16抗扭连接在输入轴1上，齿轮z26空套在输出轴2上，同步器d布置在输出轴2上，位于齿轮z26的轴向一侧且能够与齿轮z26接合。同步器d与齿轮z26接合时，齿轮对z16-z26可以在输入轴1和输出轴2之间传递动力。
图2d所示的实施例的混合动力变速器与图1所示的实施例相比，还额外地包括4个其他齿轮对z14-z24、z15-z25、z16-z26、z17-z27和2个同步器c和d。齿轮对z14-z24、z15-z25和同步器c的布置与图2b所示实施例中的齿轮对z14-z24、z15-z25和同步器c的布置和功能相同，在此不再赘述。齿轮z16、z17抗扭连接在输入轴1上，齿轮z26、z27空套在输出轴2上，同步器d布置在输出轴2上，位于齿轮z26和齿轮z27之间且能够与齿轮z26或齿轮z27接合。同步器d与齿轮z26接合时齿轮对z16-z26可在输入轴1与输出轴2之间传递动力，与齿轮z27接合时齿轮对z17-z27可在输入轴1与输出轴2之间传递动力。
与图1所示的混合动力变速器和混合动力驱动系类似地，在图2a-2d所示的实施例中，同步器a与齿轮z12或z13接合时，可以使电机em的动力和内燃机ice的动力耦合，同步器a与齿轮z12和齿轮z13均脱离接合时，电机em的动力和内燃机ice的动力将相互独立地进行动力传输；并且，通过中间轴和齿轮z32、z33的布置，电机em的动力与内燃机ice的动力类似地，可经由齿轮对z11-z21、z12-z22直接传递到输出轴2外，还可经由齿轮对z12-z32、z13-z33向输出轴2传递。
根据本发明的混合动力变速器还可以包括更多个其他齿轮对和更多个其他同步器。此外，其他齿轮对中的齿轮和其他同步器在输入轴和输出轴上的布置也不限于上述实施例。例如，在图2a所示的实施例中，齿轮z14可以设置成空套在输入轴1上，同步器c可以布置在输入轴1上，位于齿轮z14的轴向一侧且能够与齿轮z14接合，而齿轮z24可以抗扭连接在变速器输出轴2上。按照相同的原理，图2b-2d所示的各个实施例也可以类似地修改得到变速器的其他实施例。
通过控制混合动力驱动系中的内燃机ice、电机em、离合器k0以及同步器的状态，本发明的混合动力驱动系能够在多种工作模式之间切换操作，以适应车辆在不同工况下对驱动系统提出的要求。下面将描述图2a所示实施例的混合动力驱动系的多个工作模式。根据图2a所示的混合动力驱动系的多个工作模式的描述，本领域技术人员可以根据其工作原理了解本发明的其他实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系的工作原理。
一.纯电机驱动模式
在纯电动驱动模式下，电机em作为驱动车辆行驶的唯一动力源。图2所示的混合动力驱动系的纯电动驱动模式具体地包括前进挡模式和倒挡模式。
在前进挡模式下，可以车辆以不同挡位对应的速度前进，电机em在电动机模式下正转，内燃机ice不工作(即，内燃机ice未输出扭矩)，离合器k0打开。图2a所示的混合动力驱动系包括四个前进挡位，各前进挡位下的同步器工作状态和动力传输路径如下(参见图3a-3d)。
em1：同步器a处于不接合状态，同步器b与齿轮z21接合，同步器c处于不接合状态。电机em的动力经由空心轴4和齿轮对z11-z21传递到输出轴2，从而驱动车轮转动。
em2：同步器a处于不接合状态，同步器b与齿轮z22接合，同步器c处于不接合状态。电机em的动力经由空心轴4和齿轮对z12-z22传递到输出轴2，从而驱动车轮转动。
em3：同步器a与齿轮z12接合，同步器b处于不接合状态，同步器c与齿轮z24接合。电机em的动力依次经由空心轴4、同步器a、输入轴1和齿轮对z14-z24传递到输出轴2，从而驱动车轮转动。
em4：同步器a与齿轮z13接合，同步器b处于不接合状态，同步器c与齿轮z24接合。电机em的动力依次经由空心轴4和齿轮对z12-z32-z33-z13、同步器a、输入轴1和z14-z24传递到输出轴2，从而驱动车轮转动。
在倒挡模式下，内燃机ice、离合器k0的工作状态与前进挡模式相同，与前进挡模式不同的是，在倒挡模式下，电机em在电动机模式下反转。倒挡模式具有与前进挡模式对应的四个挡位。在各个倒挡位下，同步器的工作状态以及动力传输路径与对应的前进挡位相同。
优选地，选用em1或em2挡位进行倒车。在em1挡位下，电机em到变速器输出轴的动力传输路径短，可以减少能量损失，且可靠性高。
可见，根据本发明的混合动力变速器可以使混合动力驱动系在纯电机驱动模式下可实现多个挡位的驱动。由此，即使在纯电机驱动模式下也可以根据不同的负载选择适合的挡位来驱动车辆，可以优化车辆在纯电机驱动模式下的动力使用。
二.纯内燃机驱动模式
在纯内燃机驱动模式下，内燃机ice作为驱动车辆行驶的唯一动力源。电池电量不足，无法利用电机em作为驱动车辆行驶的动力源时，可以控制驱动系统在纯内燃机驱动模式下工作。
在纯内燃机驱动模式下，内燃机ice工作，离合器k0接合，内燃机ice的输出扭矩经由离合器k0传递到输入轴1。在图2a所示的实施例中，纯内燃机驱动模式仅具有前进挡模式，而未设置倒挡模式。具体地，纯内燃机驱动模式具有5个前进挡位，各个前进挡位下的同步器工作状态和动力传输路径如下(如图4a-4e所示)。
ice1：同步器a与齿轮z13接合，同步器b与齿轮z21接合，同步器c处于不接合状态。内燃机ice的动力依次经由输入轴1、同步器a和齿轮对z13-z33-z32-z12-z11-z21传递到输出轴2，从而驱动车轮转动。
ice2：同步器a与齿轮z12接合，同步器b与齿轮z21接合，同步器c处于不接合状态。内燃机ice的动力依次经由输入轴1、同步器a和齿轮对z11-z21传递到输出轴2，从而驱动车轮转动。
ice3：同步器a处于不接合状态，同步器b处于不接合状态，同步器c与齿轮z24接合。内燃机ice的动力依次经由输入轴1和齿轮对z14-z24传递到输出轴2，从而驱动车轮转动。
ice4：同步器a与齿轮z13接合，同步器b与齿轮z22接合，同步器c处于不接合状态。内燃机ice的动力依次经由输入轴1、同步器a、齿轮对z13-z33-z32-z12-z12-z22传递到输出轴2，从而驱动车轮转动。
ice5：同步器a与齿轮z12接合，同步器b与齿轮z22接合，同步器c处于不接合状态。内燃机ice的动力依次经由输入轴1、同步器a、齿轮对z12-z22传递到输出轴2，从而驱动车轮转动。
根据本发明的混合动力变速器和混合动力驱动系，未设置用于纯内燃机驱动模式的倒挡齿轮组及相应的同步器。因此，在纯内燃机驱动模式下，可以控制内燃机ice、电机em、离合器k0和同步器a、b、c的状态，通过电机驱动的倒挡模式来实现车辆的倒车。因此，根据本发明的混合动力变速器和混合动力驱动系可以省略专用于纯内燃机驱动模式的倒挡齿轮组和同步器。此外，通过设置同步旋转的两个齿轮，可减少同步器的使用数量。因此，本发明能够以更少的齿轮组和同步器实现与现有技术相同数量的前进挡，从而降低变速器的复杂程度和制造成本，压缩变速器的占用空间。
三.混合驱动模式
当电机em不足以提供车辆行驶所需的动力时，内燃机ice可介入，和电机em作为共同驱动车辆行驶的动力源，混合动力驱动系以混合驱动模式驱动车辆行驶。
根据图2a所示的混合动力驱动系，可以在以下八种混合动力模式下工作。在这八种混合动力模式下，内燃机ice工作，离合器k0接合，内燃机ice的动力经由离合器k0传递到输入轴1；电机em在电动机模式下工作，电机em的动力从转子轮毂传递到空心轴4和齿轮z11、z12。八种混合动力模式下的同步器状态和动力传输路径如下(如图5a-5h所示)。
混合驱动模式1(em1+ice1)：同步器a与齿轮z13接合，同步器b与齿轮z21接合，同步器c处于不接合状态；电机em的动力从空心轴4传递到齿轮z11，内燃机ice的动力依次经由输入轴1、同步器a、齿轮对z13-z33-z32-z12和空心轴4传递到齿轮z11，电机em和内燃机ice的动力耦合经由齿轮z11-z21传递到输出轴2，驱动输出轴2和车轮转动。
混合驱动模式2(em1+ice2)：同步器a与齿轮z12接合，同步器b与齿轮z21接合，同步器c处于不接合状态；电机em的动力从空心轴4传递到齿轮z11，内燃机ice的动力从依次经由输入轴1、同步器a和空心轴4传递到齿轮z11，电机em和内燃机ice的动力耦合经由齿轮z11-z21传递到输出轴2，驱动输出轴2和车轮转动。
混合驱动模式3(em1+ice3)：同步器a处于不接合状态，同步器b与齿轮z21接合，同步器c与齿轮z24接合；电机em的动力经由空心轴4和齿轮对z11-z21传递到输出轴2，内燃机ice的动力经由输入轴1和齿轮对z14-z24传递到输出轴2，电机em和内燃机ice的动力耦合带动输出轴2转动，从而驱动车轮转动。
混合驱动模式4(em2+ice3)：同步器a处于不接合状态，同步器b与齿轮z22接合，同步器c与齿轮z24接合；电机em的动力经由空心轴4和齿轮对z12-z22传递到输出轴2，内燃机ice的动力经由输入轴1和齿轮对z14-z24传递到输出轴2，电机em和内燃机ice的动力耦合带动输出轴2转动，从而驱动车轮转动。
混合驱动模式5(em2+ice4)：同步器a与齿轮z13接合，同步器b与齿轮z22接合，同步器c处于不接合状态；电机em的动力经由空心轴4传递到齿轮z12，内燃机ice的动力依次经由输入轴1、同步器a和齿轮对z13-z33-z32-z12传递到齿轮z12，电机em和内燃机ice的动力耦合经由齿轮对z12-z22传递到输出轴2，驱动输出轴2和车轮转动。
混合驱动模式6(em2+ice5)：同步器a与齿轮z12接合，同步器b与齿轮z22接合，同步器c处于不接合状态；电机em的动力经由空心轴4传递到齿轮z12，内燃机ice的动力经由输入轴1和同步器a传递到齿轮z12，电机em和内燃机ice的动力耦合从齿轮z12经由齿轮对z12--z22传递到输出轴2，驱动输出轴2和车轮转动。
混合驱动模式7(em3+ice3)：同步器a与齿轮z12接合，同步器b处于不接合状态，同步器c与齿轮z24接合；电机em的动力依次经由空心轴4、齿轮对z12-z32-z33-z13和同步器a传递到输入轴1，电机em和内燃机ice的动力耦合从输入轴1经由齿轮对z14-z24传递到输入轴2，驱动输出轴2和车轮转动。
混合驱动模式8(em4+ice3)：同步器a与齿轮z13接合，同步器b处于不接合状态，同步器c与齿轮z24接合；电机em的动力依次经由空心轴4、齿轮对z12-z32-z33-z13和同步器a传递到输入轴1，电机em和内燃机ice的动力耦合从输入轴1经由齿轮对z14-z24传递到输出轴2，驱动输出轴2和车轮转动。
在混合驱动模式下，内燃机ice和电机em可以同时输出扭矩驱动车轮转动。由此，可设置扭矩补偿功能，以在内燃机ice和电机em中的一者进行换挡时，另一者可以提供扭矩补偿，避免换挡时变速器输出轴上的扭矩突变，使换挡时车辆行驶更加平稳。例如，当混合动力驱动系从ice1挡位切换到ice2挡位时，由于需要切换同步器a的工作状态，从内燃机ice传递到变速器输出轴的扭矩发生中断，导致变速器输出轴上的扭矩发生变化。如果此时电机em以em1挡位驱动车辆行驶，电机em到变速器输出轴的扭矩输出不会被中断，可通过增大电机em的输出扭矩，对变速器输出轴进行扭矩补偿；如果电机em处于非工作状态(例如在纯内燃机驱动模式下的换挡)，可以启动电机em对变速器输出轴进行扭矩补偿。反之，当混合动力驱动系切换电机驱动挡位时，可适当增大内燃机ice的输出扭矩进行扭矩补偿。需要注意的是，上述扭矩补偿受到电机和内燃机驱动的挡位限制，即，扭矩补偿可实现的前提是，在切换电机和内燃机的任一者的挡位时，另一者到变速器输出轴的扭矩传输不会受到影响。
四.电机驱动行驶状态下的内燃机ice启动模式
在电机驱动行驶状态下的内燃机ice启动模式下，电机em在电动机模式下工作，电机em输出的一部分动力用来驱动车辆行驶，另一部分动力用来启动内燃机ice，以使内燃机ice介入提供车辆行驶所需动力。
在电机驱动行驶状态下启动内燃机ice时，电机em在电动机模式下工作，并且使离合器k0接合。电机em在em1和em2挡位驱动车辆行驶时启动内燃机ice的动力传输路径如下(如图6a-6b所示)。
em1挡位的ice启动模式：同步器a与齿轮z12接合，同步器b与齿轮z21接合，同步器c处于不接合状态。电机em的输出扭矩一部分经由空心轴4和齿轮对z11-z21传递到输出轴2以驱动输出轴2和车轮转动，另一部分经由空心轴4、齿轮z12、同步器a、输入轴1、离合器k0传递到内燃机ice的输出轴，由此启动内燃机ice。
em2挡位的ice启动模式：同步器a与齿轮z12接合，同步器b与齿轮z22接合，同步器c处于不接合状态。电机em的输出扭矩经由空心轴4传递到齿轮z12，传递到齿轮z12的扭矩一部分通过同步器a、输入轴1、离合器k0传递到内燃机ice的输出轴，由此启动内燃机ice，还有一部分通过齿轮对z12-z22传递到输出轴2，以驱动输出轴2和车轮转动。
电机em还能够在以em3和em4挡位驱动车辆行驶时启动内燃机ice。本领域技术人员可依据在电机em1和em2挡位的内燃机ice启动模式，了解在em3和em4挡位的内燃机ice启动模式下电机em、离合器k0、同步器a、b、c的工作状态以及动力传输路径。
此外，可以在变速器的任何内燃机ice挡位上启动内燃机ice。例如，可以在电机em以em1挡位驱动车辆时，以ice1-ice3挡位启动内燃机ice，在电机em以em2挡位驱动车辆时，以ice3-ice5挡位启动内燃机ice等，只要内燃机ice的启动挡位不会中断电机em所在挡位的正常扭矩传递即可。
五、停车充电模式
停车充电模式下，车辆静止，内燃机ice驱动电机em发电，为电池充电。
在停车充电模式下，内燃机ice工作，电机em用作发电机，同步器a与齿轮z12接合，同步器b和同步器c处于不接合状态。内燃机ice的动力依次经由输入轴1、同步器a、齿轮z12和空心轴4传递到电机em的输出轴(即，转子轮毂)，由此驱动电机em的转子转动，使电机em发电，为电池充电(参见图7)。
六.能量回收模式
在能量回收模式下，电机em在发电机模式下工作，经驱动系统中的动能转换成电能，以进行能量回收，提高驱动系统的能量利用率。
能量回收模式的适用条件包括两种：1)车辆处于滑行工况，即油门踏板和制动踏板均被释放，驱动系统中的任一动力源均不提供车辆行驶所需动力；2)车辆处于制动工况。
车辆处于滑行工况(车辆会行驶，称之为溜车)和制动工况时，车轮会在传动系的作用下带动变速器输出轴2旋转，旋转的输出轴2可以驱动电机em发电，为电池充电，实现能量回收。
在能量回收模式下，离合器k0处于分离状态，电机em在发电机模式下工作，内燃机ice不工作；同步器a、同步器c处于不接合状态，同步器b与齿轮z21接合，变速器输出轴2的扭矩经由齿轮对z21-z11和空心轴4传递到电机em的转子轮毂，由此使电机em发电。
经由齿轮对z21-z11将变速器输出轴的扭矩传递到电机em，使得车轮的能量以最短的传输路径传递到电机em，可提高能量回收效率。
以上描述了根据本发明的混合动力变速器以及混合动力驱动系的实施例。在上述实施例中，电机em的动力从齿轮z11的安装轴(例如形成或固定安装有齿轮z11和齿轮z12的空心轴4)传递到变速器t中。但是，本发明不限于此，电机em的动力可以从齿轮z11、中间轴3、布置在中间轴3上的任意齿轮和布置在输出轴2上的任意齿轮传递到变速器t中(电机em在混合动力驱动系中的位置相应地变化)，如图8a-8g所示。
在图8a所示的实施例中，电机em的动力从齿轮z11传递到变速器t。具体地，电机em的输出轴5可以布置成与变速器的输入轴1相互平行地间隔布置，并且输出轴5上设置有电机齿轮z51，齿轮z51与齿轮z11啮合，从而将电机em的动力传递到变速器t。
在图8b所示的实施例中，电机em的输出轴5与混合动力变速器的中间轴3同轴布置且抗扭连接。电机em的动力经由中间轴3传递到变速器，然后经由齿轮对z32-z12或z33-z13向变速器输出轴2传递。
如图8c-8e所示，电机em的输出轴5抗扭连接有电机齿轮z51，中间轴3可以与电机输出轴5相互平行地间隔布置并且与电机输出轴5通过齿轮啮合动力连接。电机齿轮z51可以与中间轴3上的齿轮z32和z33中的任一个啮合(如图8c和8d所示)，以将动力从电机输出轴5传递到中间轴3。此外，如图8e所示，中间轴3上还可以额外地设置有齿轮z31，电机em的动力经由齿轮对z51-z31传递到中间轴3。
如图8f-8g所示，电机em的输出轴5上的齿轮z51还可以与齿轮z21或z22啮合，以从齿轮z21或z22将动力从电机输出轴5传递到变速器。电机齿轮z51可以直接与齿轮z21或z22啮合(如图8f所示)，也可以经由中间齿轮zm与齿轮z21或z22啮合(如图8g所示)。
根据本发明的上述实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系统，可以使电机em的动力和内燃机ice的动力通过共用的齿轮组传递到变速器输出轴，因此，不需要设置单独的从电机输出轴到变速器输出轴的齿轮组，可以减少变速器的部件数量，有利于降低制造成本，压缩占用空间。
此外，根据本发明的上述实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系统，设置中间轴及布置在中间轴上的齿轮来将电机和内燃机的动力向变速器输出轴传递，有利于减小变速器以及混合动力驱动系的轴向尺寸。
此外，根据本发明的混合动力变速器和混合动力驱动系统，未设置专用于内燃机驱动的倒挡齿轮组和相应的同步器，并且通过同步旋转的两个齿轮减少同步器数量，能够在以较少的齿轮组和同步器实现与现有技术相同的前进挡位，可以降低变速器的复杂程度和制造成本，压缩变速器的占用空间。
此外，根据本发明的混合动力变速器和混合动力驱动系统，由于内燃机ice和电机em可以同时输出扭矩驱动车轮转动，可以实现换挡时的扭矩补偿，使换挡时车辆行驶更加平稳。
在上述实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系中，未设置专用于内燃机驱动模式的倒挡齿轮组。但是，根据本发明的其他实施例，也可以设置专用于内燃机驱动模式的倒挡齿轮组，如图9所示。图9所示的实施例与图2a所示实施例的混合动力变速器的布置和功能基本相同，不同的是，在图9所示的实施例中，中间轴3上抗扭连接有倒挡齿轮z3r，输出轴2上空套有倒挡齿轮z2r，齿轮z3r与齿轮z2r啮合，齿轮z2r位于同步器c的轴向一侧且能够与同步器c接合。当同步器a与齿轮z13接合、同步器b处于不接合状态且同步器c与齿轮z2r接合时，内燃机ice能够驱动车轮反转。
即使设置有专用于内燃机驱动模式的倒挡齿轮组，图9所示的实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系也能够以较少的同步器实现与现有技术相同的挡位变化，可以降低变速器的制造成本和占用空间。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明并不限于上述实施例的构造和方法。相反，本发明意在覆盖各种修改例和等同配置。另外，尽管在各种示例性结合体和构造中示出了所公开发明的各种元件和方法步骤，但是包括更多、更少的元件或方法的其它组合也落在本发明的范围之内。